JP6847724B2 - 目封止ハニカム構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、目封止ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、複数個のハニカムセグメントが接合層によって接合されたセグメント構造の目封止ハニカム構造体であって、接合層に沿った外周壁の表面でのクラックの発生を有効に抑制することが可能な目封止ハニカム構造体に関する。
ディーゼルエンジン等の各種内燃機関から排出される排ガスの中には、塵、スス、及びカーボン微粒子等の多くの粒子状物質（パティキュレートマター：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）が含まれている。このため、例えば、ディーゼルエンジンを動力源とする自動車から排出される排ガスを浄化する浄化装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が用いられている。以下、粒子状物質を「ＰＭ」ということがある。また、ディーゼルパティキュレートフィルタを「ＤＰＦ」ということがある。
上記ＤＰＦは、通常、多孔質の隔壁によって流体の流路となる複数のセルが区画されたものであり、複数のセルの開口部を交互に目封止することで、セルを形成する多孔質の隔壁がフィルタの役目を果たす構造である。
ＤＰＦによって排ガス中のＰＭの除去を継続して行うと、ＤＰＦの内部にＰＭが堆積し、浄化効率が低下するとともに、ＤＰＦの圧力損失が大きくなる。そこで、ＤＰＦを用いた浄化装置においては、ディーゼル機関から発生する高温の排ガスにより、堆積したＰＭを燃焼させる「再生処理」を行う必要がある。
上述した再生処理の際には、ＰＭの燃焼熱によってＤＰＦに高い熱応力が発生するため、ＤＰＦの破損を防止するための対策が必要である。特に、乗用車等は、再生処理の頻度が多くなる傾向があり、ＤＰＦの破損を防止するための対策が特に重要視されている。
従来、こうしたＤＰＦの破損を防止するための技術として、ＤＰＦを一つのハニカム構造体によって製造するのではなく、ハニカム構造を有するセグメントの複数個を、接合材を介して接合する技術が提案されている（特許文献１参照）。以下、「ハニカム構造を有するセグメント」を、「ハニカムセグメント」ということがある。また、「複数個のハニカムセグメントが接合層によって接合されたハニカム構造体」を、「セグメント構造のハニカム構造体」ということがある。なお、このようなセグメント構造のハニカム構造体と対比されるハニカム構造体として、ハニカム構造体を構成する隔壁の全てが連続した１つの構造物となっているハニカム構造体がある。このような「隔壁の全てが連続した１つの構造物となっているハニカム構造体」を、「一体構造のハニカム構造体」ということがある。また、「セルの開口部が目封止部によって目封止されたハニカム構造体」を、「目封止ハニカム構造体」ということがある。
特開２００３−３４０２２４号公報
セグメント構造のハニカム構造体は、ハニカム構造体全体の熱応力を緩和することができるものの、ハニカム構造体の外周部の接合層に、クラック等が発生し易いという問題があった。例えば、ＤＰＦ用のハニカム構造体は、再生処理時のＰＭの酸化・燃焼を促進するために、酸化触媒が担持されることがある。酸化触媒を担持する際には、ハニカム構造体に、酸化触媒を含むスラリーをコートした後、高温で熱処理して焼き付ける操作が行われるが、この熱処理時に、外周部の接合層にクラック等が発生することがある。また、車両走行時に発生する排ガスの急昇温や急降温においても、接合層にクラック等が発生することがある。
昨今、大型トラック等においては、ＤＰＦのダウンサイジング等の要求により、コージェライト製のＤＰＦからＳｉＣ製のＤＰＦへ切り替える傾向があり、大型サイズのＳｉＣ製のＤＰＦの採用が高まっている。大型サイズのＤＰＦでは、触媒を担持する際に、ＤＰＦの内外温度差がよりつきやすく、クラックが入りやすいという問題があった。
また、ＳｉＣ化においても、ＳＣＲとＤＰＦを一体化したＤＰＦにおいては、担持する触媒量も多く、ＤＰＦの材料として高気孔率で熱伝導の低い材料を使う傾向がある。ここで、「ＳＣＲ」とは、「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｉｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択還元型ＮＯｘ触媒」の略である。高気孔率の材料は、特性的に低熱伝導となるため、ＤＰＦの材料として使用した場合に、触媒を担持する際に、ＤＰＦの内外温度差がつきやすく、クラックが入りやすいという問題があった。
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。本発明によれば、セグメント構造の目封止ハニカム構造体であって、接合層に沿った外周壁の表面でのクラックの発生を有効に抑制することが可能な目封止ハニカム構造体が提供される。
本発明によれば、以下に示す、目封止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、
複数個の前記ハニカムセグメントが接合されたハニカムセグメント接合体の外周を囲繞するように配設された外周壁と、を備え、
前記ハニカムセグメントが、流入端面から流出端面まで延びる複数のセルを取り囲むように配設された多孔質の隔壁を有し、
それぞれの前記ハニカムセグメントにおける前記セルは、前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部が、目封止部によって目封止されており、
前記接合層において、前記外周壁と接するように配置された前記ハニカムセグメント同士を接合する前記接合層を外周接合層とし、前記ハニカムセグメント接合体の前記セルの延びる方向に直交する断面の重心を含む又は当該重心に最も近い位置に存在する前記ハニカムセグメントと、当該ハニカムセグメントに隣接する他の前記ハニカムセグメントとを接合する前記接合層を中央接合層とし、前記外周接合層の接合強度Ａ１は、前記中央接合層の接合強度Ａ２よりも大であり、前記外周接合層の前記接合強度Ａ１が、前記中央接合層の前記接合強度Ａ２の１．２〜１．６倍である、目封止ハニカム構造体。
［２］ 前記外周接合層の前記接合強度Ａ１が、８５０〜１２００ｋＰａである、前記［１］に記載の目封止ハニカム構造体。
本発明の目封止ハニカム構造体は、接合層に沿った外周壁の表面でのクラックの発生を有効に抑制することができる。即ち、本発明の目封止ハニカム構造体は、外周壁と接するように配置されたハニカムセグメント同士を接合する接合層の接合強度のみが大きくなるように構成されている。このように構成することによって、ハニカムセグメントの端面のクラック、及び外周壁の表面のクラック（例えば、周方向に延びるクラック）の発生状況を悪化させることなく、接合層に沿った外周壁の表面でのクラックの発生を有効に抑制することができる。外周壁の表面の周方向に延びるクラックは、「リングオフクラック：Ｒｉｎｇ−ｏｆｆ ｃｒａｃｋ」と称されることがある。このように、本発明の目封止ハニカム構造体は、他の構成要素に対するクラックの発生状況を悪化させずに、接合層及び接合層に沿った外周壁の表面でのクラックの発生を極めて有効に防止することができる。
本発明の目封止ハニカム構造体の第一実施形態を模式的に示す、流入端面側からみた斜視図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の第一実施形態を模式的に示す、流入端面側からみた平面図である。 図２のＡ−Ａ’を模式的に示す断面図である。 図２に示すハニカム構造体の接合層の構成を説明するための模式的な説明図である。
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）目封止ハニカム構造体：
本発明の目封止ハニカム構造体の第一実施形態は、図１〜図４に示すように、複数個のハニカムセグメント４と、接合層６と、目封止部５と、を備えた、目封止ハニカム構造体１００である。本実施形態の目封止ハニカム構造体１００は、所謂、セグメント構造の目封止ハニカム構造体である。目封止ハニカム構造体１００の外周には、複数個のハニカムセグメント４を囲繞するように配設された外周壁２１を更に備えている。本実施形態の目封止ハニカム構造体１００は、排ガス中に含まれる粒子状物質を除去するための捕集フィルタとして好適に利用することができる。
ここで、図１は、本発明の目封止ハニカム構造体の第一実施形態を模式的に示す、流入端面側からみた斜視図である。図２は、本発明の目封止ハニカム構造体の第一実施形態を模式的に示す、流入端面側からみた平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’を模式的に示す断面図である。図４は、図２に示すハニカム構造体の接合層の構成を説明するための模式的な説明図である。
ハニカムセグメント４は、流入端面１１から流出端面１２まで延びる複数のセル２を取り囲むように配設された多孔質の隔壁１を有するものである。ハニカムセグメント４は、隔壁１の外周部分に、セグメント外周壁を更に有することにより、その全体形状が、例えば、角柱状を呈するように構成されている。なお、本発明において、セル２とは、隔壁１によって取り囲まれた空間のことを意味する。
目封止ハニカム構造体１００は、複数個のハニカムセグメント４を備え、この複数個のハニカムセグメント４の側面同士が接合層６を介して接合されている。複数個のハニカムセグメント４のうち、目封止ハニカム構造体１００の中央部分に配置されたハニカムセグメント４は、流入端面１１から流出端面１２に向かう方向を軸方向とする「角柱状」を呈するものとなっている。一方で、複数個のハニカムセグメント４のうち、外周壁２１と接している外周部分に配置されたハニカムセグメント４は、角柱状に形成されたハニカムセグメント４の一部が、外周壁２１の形状に沿って研削された柱状のものとなっている。
接合層６は、複数個のハニカムセグメント４の側面同士を互いに接合する接合材によって構成されたものである。複数個のハニカムセグメント４が接合層６を介して接合された接合体を、以下、「ハニカムセグメント接合体２０」ということがある。
それぞれのハニカムセグメント４におけるセル２は、流入端面１１側又は流出端面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る。即ち、目封止部５は、それぞれのハニカムセグメント４の流入端面１１における所定のセル２の開口部、及び流出端面１２における所定のセル２以外の残余のセル２の開口部に配設されている。
以下、ハニカムセグメント４の流入端面１１におけるセル２の開口部に目封止部５が配設されたセル２（即ち、上述した所定のセル２）を、「流出セル」ということがある。ハニカムセグメント４の流出端面１２におけるセル２の開口部に目封止部５が配設されたセル２（即ち、上述した残余のセル２）を、「流入セル」ということがある。ハニカムセグメント４のセル２の開口部に目封止部５が配設されたものを、「目封止ハニカムセグメント」ということがある。
本実施形態の目封止ハニカム構造体１００は、特に、ハニカムセグメント４を接合する接合層６の接合強度に関して、主要な特徴を有している。ここで、ハニカムセグメント接合体２０を構成するハニカムセグメント４であって、外周壁２１と接するように配置されたハニカムセグメント４を、「外周ハニカムセグメント４ａ」という。そして、外周ハニカムセグメント４ａ同士を接合する接合層６を、「外周接合層６ａ」という。外周ハニカムセグメント４ａ同士を接合している外周接合層６ａの接合強度を、「接合強度Ａ１」とする。また、ハニカムセグメント接合体２０のセル２の延びる方向に直交する断面の重心を含む又は当該重心に最も近い位置に存在するハニカムセグメント４を、「中央ハニカムセグメント４ｂ」という。そして、中央ハニカムセグメント４ｂと、当該中央ハニカムセグメント４ｂに隣接する他のハニカムセグメント４とを接合する接合層６を、「中央接合層６ｂ」という。この中央接合層６ｂの接合強度を、「接合強度Ａ２」とする。なお、中央ハニカムセグメント４ｂにおいて、「断面の重心を含むハニカムセグメント４」とは、この中央ハニカムセグメント４ｂ中に、上記した重心が位置しているものをいう。一方、中央ハニカムセグメント４ｂにおいて、「断面の重心に最も近い位置に存在するハニカムセグメント４」とは、例えば、接合層６上に、上記した重心が位置している場合に、この重心から最も近い位置に存在しているものをいう。
本実施形態の目封止ハニカム構造体１００は、外周接合層６ａの接合強度Ａ１が、中央接合層６ｂの接合強度Ａ２よりも大であることを特徴とする。このように構成することによって、目封止ハニカム構造体１００は、以下のような効果を奏するものである。即ち、ハニカムセグメント４の端面のクラック、及び外周壁２１の表面の周方向に延びるクラックの発生状況を悪化させることなく、接合層６（より具体的には、外周接合層６ａ）に沿った外周壁２１の表面でのクラックの発生を有効に抑制することができる。
外周接合層６ａの接合強度Ａ１と、中央接合層６ｂの接合強度Ａ２とが同じ場合、接合強度Ａ１及び接合強度Ａ２が共に小さい値であると、ハニカムセグメント接合体２０の外周部分における接合層６にクラックが発生し易くなる。一方で、接合強度Ａ１及び接合強度Ａ２を共に大きい値とすると、再生処理の際に、ＰＭの燃焼熱によってＤＰＦに高い熱応力が発生した際に、接合層６での応力緩和が不十分となりハニカムセグメント４の端面でのクラックの抑制が困難になる。また、外周接合層６ａの接合強度Ａ１が、中央接合層６ｂの接合強度Ａ２よりも小さくなる場合においても、ハニカムセグメント接合体２０の外周部分における接合層６にクラックが発生し易くなる。
ここで、本発明において、「外周接合層６ａの接合強度Ａ１」及び「中央接合層６ｂの接合強度Ａ２」とは、以下の測定方法によって測定される値のことをいう。まず、「接合強度Ａ１」を測定方法について説明する。まず、ハニカムセグメント接合体２０から、測定対象となる「外周接合層６ａ」を含む２つの外周ハニカムセグメント４ａを切り出して、接合強度Ａ１を測定するための測定試料を作製する。この測定試料は、２つの外周ハニカムセグメント４ａが外周接合層６ａによって接合されたものである。この測定試料を、せん断荷重測定器を使用し、外周ハニカムセグメント４ａの端面に、荷重速度が２ｍｍ／ｍｉｎとなるように荷重を加えていき、外周接合層６ａが破壊する際の破壊荷重Ｆ１を測定する。また、２つの外周ハニカムセグメント４ａを接合する外周接合層６ａの接合面の面積Ｓ１を測定し、下記式（１）に基づいて、接合強度Ａ１を算出する。なお、せん断荷重測定器での破壊荷重Ｆ１の測定においては、２つの外周ハニカムセグメント４ａのうち、一方の外周ハニカムセグメント４ａの下側端面のみを支持し、もう一方の外周ハニカムセグメント４ａの下側端面を支持せずに、荷重を加えることとする。
式（１）：接合強度Ａ１＝破壊荷重Ｆ１／接合面の面積Ｓ１
次に、「接合強度Ａ２」を測定方法について説明する。まず、ハニカムセグメント接合体２０から、セル２の延びる方向に直交する断面の重心を含む又は当該重心に最も近い位置に存在する中央ハニカムセグメント４ｂを見つける。そして、測定対象となる「中央接合層６ｂ」を含む中央ハニカムセグメント４ｂと他のハニカムセグメント４とを切り出して、接合強度Ａ２を測定するための測定試料を作製する。この測定試料は、中央ハニカムセグメント４ｂと他のハニカムセグメント４とが中央接合層６ｂによって接合されたものである。この測定試料を、せん断荷重測定器を使用し、接合強度Ａ１の測定と同様の方法で、中央接合層６ｂが破壊する際の破壊荷重Ｆ２を測定する。また、中央接合層６ｂの接合面の面積Ｓ２を測定し、下記式（２）に基づいて、接合強度Ａ２を算出する。
式（２）：接合強度Ａ２＝破壊荷重Ｆ２／接合面の面積Ｓ２
接合強度Ａ１が、接合強度Ａ２の１．２〜１．６倍であり、１．２〜１．５倍であることが好ましい。このように構成することによって、外周接合層６ａに沿った外周壁２１の表面でのクラックの発生をより有効に抑制することができる。
外周接合層６ａの接合強度Ａ１が、８５０〜１２００ｋＰａであることが好ましく、９００〜１１５０ｋＰａであることが更に好ましく、９００〜１１００ｋＰａであることが特に好ましい。接合強度Ａ１が８５０ｋＰａ未満であると、接合層６におけるクラックの発生を有効に抑制するという観点からあまり好ましくない。一方、接合強度Ａ１が１２００ｋＰａを超えると、ハニカムセグメント４の端面でのクラックを抑制するという観点からあまり好ましくない。なお、接合強度Ａ１が上記数値範囲の場合においても、接合強度Ａ１が、接合強度Ａ２よりも大である。
中央接合層６ｂの接合強度Ａ２が、４００〜９００ｋＰａであることが好ましく、６００〜８５０ｋＰａであることが更に好ましく、７００〜８００ｋＰａであることが特に好ましい。接合強度Ａ２が４００ｋＰａ未満であると、中央接合層６ｂによる接合を維持するという観点からあまり好ましくない。一方、接合強度Ａ２が９００ｋＰａを超えると、ハニカムセグメント４の端面でのクラックの抑制、及びリングオフクラックの抑制という観点からあまり好ましくない。なお、接合強度Ａ２が上記数値範囲の場合においても、接合強度Ａ１が、接合強度Ａ２よりも大である。
外周接合層６ａの接合強度Ａ１が、中央接合層６ｂの接合強度Ａ２の１．２〜１．６倍であり、１．２〜１．５倍であることが好ましく、１．３〜１．４倍であることが特に好ましい。接合強度Ａ１が、接合強度Ａ２の１．２倍未満であると、外周接合層６ａに沿った外周壁２１の表面でのクラックの抑制という観点からあまり好ましくない。一方、接合強度Ａ１が、接合強度Ａ２の１．６倍を超えると、ハニカムセグメント４の端面でのクラックの抑制という観点からあまり好ましくない。
本実施形態の目封止ハニカム構造体１００においては、外周接合層６ａと、中央接合層６ｂとは、その材質が異なっていてもよい。また、外周接合層６ａと、中央接合層６ｂとは、その気孔率等が異なることにより、互いの接合強度が異なるように構成されたものであってもよい。このように構成することによって、接合強度Ａ１と接合強度Ａ２との差が明確となり、これまでに説明した各効果を有効に発現させることができる。
接合層６の材料については、特に制限はなく、従来公知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。
本実施形態の目封止ハニカム構造体１００においては、ハニカムセグメント接合体２０の最外周に配置されている外周ハニカムセグメント４ａ同士を接合する外周接合層６ａの接合強度Ａ１が、それ以外の接合層６の接合強度よりも大であってもよい。即ち、外周接合層６ａの接合強度Ａ１のみが、それ以外の接合層６の接合強度よりも大であってもよい。ただし、接合強度Ａ１が、接合強度Ａ２よりも大であれば、外周接合層６ａ及び中央接合層６ｂ以外の接合強度については、特に制限はない。例えば、外周ハニカムセグメント４ａよりも１個又は２個以上内側のハニカムセグメント４を接合する接合層（但し、中央接合層６ｂを除く）の接合強度が、外周接合層６ａの接合強度Ａ１と同じであってもよい。また、外周ハニカムセグメント４ａよりも１個又は２個以上内側のハニカムセグメント４を接合する接合層の接合強度が、中央接合層６ｂの接合強度Ａ２と同じであってもよい。例えば、「最外周に配置されている外周ハニカムセグメント４ａ同士を接合する外周接合層６ａ」の接合強度のみが、特に高い接合強度となっている実施形態等の様々形態をとることができる。
これまでに説明したように、本実施形態の目封止ハニカム構造体１００は、セル２の延びる方向に直交する断面において、外周接合層６ａを含む接合強度が相対的に大きい外周部１５と、中央接合層６ｂを含む接合強度が相対的に小さい中央部１６と、が存在する。以下、外周部１５における接合強度が相対的に大きい接合層６を、「高接合強度接合層６ｘ」と称することがある。セル２の延びる方向に直交する断面において、接合層６が占める全面積に対する、高接合強度接合層６ｘが占める面積の比率が、５〜５５％であることが好ましく、１０〜５０％であることが更に好ましく、１０〜４０％であることが特に好ましい。高接合強度接合層６ｘが占める面積の比率が、上記数値範囲を超えると、高接合強度接合層６ｘでのクラックの発生抑制と、ハニカムセグメント４の端面や外周壁２１の表面でのクラックの発生抑制とのバランスがとり難くなることがある。
「接合層６のセル２の延びる方向に直交する方向における幅」については特に制限はない。ここで、「接合層６のセル２の延びる方向に直交する方向における幅」とは、接合層によって接合されるハニカムセグメントの側面相互間の距離のことである。以下、「接合層６のセル２の延びる方向に直交する方向における幅」を、単に、「接合層６の幅」ということがある。接合層６の幅は、例えば、０．３〜３．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜２．０ｍｍであることが特に好ましい。接合層６の幅が０．３ｍｍ未満であると、目封止ハニカム構造体１００の接合強度が低下し易くなる点で好ましくない。接合層６の幅が３．０ｍｍを超えると、目封止ハニカム構造体１００の圧力損失が増大することがある点で好ましくない。
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、１５〜９０個／ｃｍ２であることが好ましく、３０〜６０個／ｃｍ２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、本実施形態の目封止ハニカム構造体を、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フィルタとして好適に利用することができる。
隔壁１の気孔率が、３０〜８０％であることが好ましく、３５〜７５％であることが更に好ましく、４０〜７０％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、目封止ハニカム構造体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、８０％を超えると、目封止ハニカム構造体１００のフィルタとしての強度、捕集性能が低下してしまうことがある。
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。例えば、ハニカムセグメント４の形状として、当該ハニカムセグメント４の軸方向に直交する断面形状が四角形や六角形等の多角形の角柱状を挙げることができる。なお、目封止ハニカム構造体１００の最外周に配設されるハニカムセグメント４は、目封止ハニカム構造体１００の全体形状に応じて、角柱状の一部が研削等により加工されたものであってもよい。
目封止ハニカム構造体１００の全体形状については、特に制限はない。例えば、図１に示す目封止ハニカム構造体１００の全体形状は、流入端面１１及び流出端面１２が円形の円柱状である。その他、図示は省略するが、目封止ハニカム構造体の全体形状としては、流入端面及び流出端面が、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、目封止ハニカム構造体の全体形状としては、流入端面及び流出端面が、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、かつ珪素（Ｓｉ）を結合材とする複合材料である。
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。
目封止ハニカム構造体１００の大きさ、例えば、流入端面１１から流出端面１２までの長さや、目封止ハニカム構造体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。本実施形態の目封止ハニカム構造体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、目封止ハニカム構造体１００の流入端面１１から流出端面１２までの長さは、１５０〜３０５ｍｍであることが好ましく、１５０〜２００ｍｍであることが特に好ましい。また、目封止ハニカム構造体１００のセル２の延びる方向に直交する断面の面積は、１４４〜３３０ｍｍ２であることが好ましく、１４４〜１７８ｍｍ２であることが特に好ましい。
本実施形態の目封止ハニカム構造体１００においては、所定のセル２の流入端面１１側の開口部、及び残余のセルの流出端面１２側の開口部に、目封止部５が配設されている。ここで、流出端面１２側の開口部に目封止部５が配設され、流入端面１１側が開口したセル２を、流入セルとする。また、流入端面１１側の開口部に目封止部５が配設され、流出端面１２側が開口したセル２を、流出セルとする。流入セルと流出セルとは、隔壁１を隔てて交互に配設されていることが好ましい。そして、それによって、目封止ハニカム構造体１００の両端面に、目封止部５と「セル２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。
本実施形態の目封止ハニカム構造体１００においては、複数のセル２を形成する隔壁１に触媒が担持されていてもよい。隔壁１に触媒を担持するとは、隔壁１の表面及び隔壁に形成された細孔の内壁に、触媒がコーティングされることをいう。このように構成することによって、排ガス中のＣＯやＮＯｘやＨＣなどを触媒反応によって無害な物質にすることができる。また、捕集した煤等のＰＭの酸化を促進させることができる。
（２）目封止ハニカム構造体の製造方法：
実施形態の目封止ハニカム構造体の製造方法については、特に制限はなく、例えば、以下のような方法により製造することができる。まず、ハニカムセグメントを作製するための可塑性の坏土を調製する。ハニカムセグメントを作製するための坏土は、原料粉末として、前述のハニカムセグメントの好適な材料の中から選ばれた材料に、適宜、バインダ等の添加剤、及び水を添加することによって調製することができる。
次に、このようにして得られた坏土を押出成形することにより、複数のセルを取り囲むように配設された隔壁、及び最外周に配設されたセグメント外周壁を有する、角柱状のハニカム成形体を作製する。ハニカム成形体は、複数個作製する。
得られたハニカム成形体を、例えば、マイクロ波及び熱風で乾燥し、ハニカム成形体の作製に用いた材料と同様の材料で、セルの開口部を目封止することで目封止部を作製する。目封止部を作製した後に、ハニカム成形体を更に乾燥してもよい。
次に、目封止部を作製したハニカム成形体を焼成することにより、目封止ハニカムセグメントを得る。焼成温度及び焼成雰囲気は原料により異なり、当業者であれば、選択された材料に最適な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。
次に、複数の目封止ハニカムセグメントを、接合材を用いて互いに接合し、乾燥硬化させた後、所望の形状となるよう外周を加工することによって、セグメント構造の目封止ハニカム構造体を得ることができる。接合材としては、セラミックス材料に、水等の溶媒を加えてペースト状又はスラリー状にしたものを用いることができる。この際、接合材としては、以下のように、２種類の接合材を作製することが好ましい、例えば、接合材に添加する水等の溶媒の量を調節し、溶媒含有比の異なる接合材を２種類作製する。また、接合材に対して、異なる量の造孔材を添加し、造孔材含有比の異なる接合材を２種類作製する。溶媒の量を少なくすると、接合材によって形成される接合層の接合強度が高くなる。また、造孔材の量を少なくすると、接合材によって形成される接合層の接合強度が高くなる。
上記のように作製した２種類の接合層を、最外周に配置される目封止ハニカムセグメント同士を接合する部分と、それ以外の部分とで、それぞれ使い分けることで、得られる目封止ハニカム構造体において、外周部と中央部とで、接合層の接合強度を変えることができる。
また、目封止ハニカムセグメントの接合体の外周を加工した後の加工面は、セルが露出した状態となっているため、接合体の加工面に外周コート材を塗工して、外周壁を形成してもよい。外周コート材の材料としては、例えば、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、セラミック粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加剤と水とを加えて混練し、スラリー状としたものを挙げることができる。
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）
セラミックス原料として、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混合原料を準備した。この混合原料に、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（ｋｎｅａｄｅｒ）を用いて混練し、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、四角柱状のハニカム成形体を２５個作製した。この四角柱状のハニカム成形体の１個ずつが、ハニカムセグメントとなる。
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１２０℃で２時間乾燥した。
次に、乾燥後のハニカム成形体に、目封止部を形成した。まず、乾燥後のハニカム成形体の流入端面にマスクを施した。次に、マスクの施された端部（流入端面側の端部）を目封止スラリーに浸漬し、マスクが施されていないセル（流出セル）の開口部に目封止スラリーを充填した。このようにして、乾燥後のハニカム成形体の流入端面側に、目封止部を形成した。そして、乾燥後のハニカム成形体の流出端面についても同様にして、流入セルにも目封止部を形成した。
そして、目封止部の形成されたハニカム成形体を脱脂し、焼成し、目封止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、焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。
以上のようにして、実施例１の目封止ハニカム構造体の製造に使用する目封止ハニカムセグメントを作製した。作製した目封止ハニカムセグメントは、軸方向に直交する断面が正方形で、その正方形の一辺の長さ（セグメントサイズ）が３６．５ｍｍであった。結果を、表１の「ハニカムセグメント」の「一辺の長さ（ｍｍ）」の欄に示す。また、目封止ハニカムセグメントは、その軸方向の長さが１７８ｍｍであった。
目封止ハニカムセグメントは、隔壁の厚さが０．３ｍｍで、セル密度が４６個／ｃｍ２であった。また、隔壁の気孔率は、４１％であった。隔壁の気孔率は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製のオートポア９５００（商品名）によって測定した。
次に、目封止ハニカムセグメントを接合するための接合材を、２種類作製した。即ち、目封止ハニカム構造体における接合層を形成するための材料が、上記接合材である。以下、２種類の接合材を、「接合材Ａ」及び「接合材Ｂ」とする。接合材Ａは、その接合強度が９００ｋＰａとなるように調製した。接合材Ｂは、その接合強度が７００ｋＰａとなるように調製した。
次に、得られた目封止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、接合材によって接合し、７００℃にて熱処理を行って、ハニカムセグメント接合体を作製した。ハニカムセグメント接合体は、その端面において、縦方向に５個、横方向に５個の合計２５個のハニカムセグメントが配列するように接合して作製した。表１の「ハニカムセグメント」における「個数（個）」及び「配置（個×個）」の欄には、各実施例に用いたハニカムセグメントの個数、及びその配置を示す。例えば、「配置（個数×個数）」の欄に、「５×５」と記載されている場合には、縦方向に５個、横方向に５個の合計２５個のハニカムセグメントを用いたことを意味する。
実施例１においては、ハニカムセグメント接合体の最外周に位置する１２個の目封止ハニカムセグメント同士を接合する際に、上記した「接合材Ａ」を使用した。また、それ以外の接合部分については、上記した「接合材Ｂ」を使用した。接合材によって形成された接合層の厚さは、１．０ｍｍであった。接合材Ａを使用した部分を、ハニカムセグメント接合体の外周部とする。また、接合材Ｂを使用した部分を、ハニカムセグメント接合体の中央部とする。
次に、ハニカムセグメント接合体の外周を円柱状に研削加工し、その外周面にコート材を塗布して、実施例１の目封止ハニカム構造体を得た。実施例１の目封止ハニカム構造体は、端面の直径が１９１ｍｍであった。
実施例１の目封止ハニカム構造体について、外周部における接合層の接合強度と、中央部における接合層の接合強度とを、以下の方法で測定した。結果を、表２の「外周部における接合強度（ｋＰａ）」、及び「中央部における接合強度（ｋＰａ）」の欄に示す。また、表２の「接合強度比率（外周部／中央部）」の欄に、中央部における接合強度に対する、外周部における接合強度の比率を示す。また、表２の「接合面積比率（高接合強度面積／総接合面積）」の欄に、接合層の総接合面積に対する、高接合強度接合層の接合面積の比率を示す。なお、高接合強度接合層とは、外周部における接合強度が相対的に大きい接合層のことを意味する。また、高接合強度面積とは、高接合強度接合層によって接合されている接合面の面積のことを意味する。
（接合強度の測定方法）
まず、外周接合層を含む２つの外周ハニカムセグメントを切り出して、外周部における接合強度（即ち、接合強度Ａ１）を測定するための測定試料を作製した。作製した測定試料を、せん断荷重測定器を使用し、外周ハニカムセグメントの端面に、荷重速度が２ｍｍ／ｍｉｎとなるように荷重を加えていき、外周接合層が破壊する際の破壊荷重Ｆ１を測定した。また、２つの外周ハニカムセグメントを接合する外周接合層の接合面の面積Ｓ１を測定し、上記式（１）に基づいて、接合強度Ａ１としての「外周部における接合強度（ｋＰａ）」を求めた。また、中央接合層を含む中央ハニカムセグメントと他のハニカムセグメントとを切り出して、中央部における接合強度（即ち、接合強度Ａ２）を測定するための測定試料を作製した。作製した測定試料を、せん断荷重測定器を使用し、上記と同様の方法で、中央接合層が破壊する際の破壊荷重Ｆ２を測定した。また、中央接合層の接合面の面積Ｓ２を測定し、上記式（２）に基づいて、接合強度Ａ２としての「中央部における接合強度（ｋＰａ）」を求めた。
Figure 0006847724
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また、実施例１の目封止ハニカム構造体について、以下の方法で、「急速冷却試験（電気炉スポーリング試験：Ｅ−ｓｐ評価）」、及び「クラック限界評価」を行った。結果を表３に示す。
［急速冷却試験（電気炉スポーリング試験：Ｅ−ｓｐ評価）］
目封止ハニカム構造体を、炉内の温度が２００℃の電気炉に入れて２時間加熱し、目封止ハニカム構造体の均一な温度にした。その後、加熱した目封止ハニカム構造体を電気炉から取り出し、室温まで急速に冷却する。急速冷却後の目封止ハニカム構造体について、外周壁におけるクラックの発生を確認する。外周壁にクラックが発生していない場合には、炉内の温度を２５℃ずつ上昇させて、外周壁にクラックが発生するまで、上記した加熱と急速冷却とを繰り返し行う。外周壁にクラックが発生した炉内温度よりも１回前の操作の炉内温度を、急速冷却試験における測定値とする。
［クラック限界評価］
目封止ハニカム構造体を、ディーゼルエンジンの排気系に搭載し、この目封止ハニカム構造体にススを堆積させた。次いで、排ガス温度を２℃／秒で６５０℃まで上昇させた。その後、アイドリング運転に条件を変更して、ガス流量を急激に減らした。このような条件で目封止ハニカム構造体内に堆積したススを燃焼させ、目封止ハニカム構造体の再生を行なった。目封止ハニカム構造体内のススの堆積割合を次第に増加させて、上記した試験（目封止ハニカム構造体の再生）を繰り返し行った。なお、ススの堆積割合とは、目封止ハニカム構造体の単位容積あたり（１Ｌあたり）の、目封止ハニカム構造体内に堆積したススの質量（ｇ）の割合である。そして、目封止ハニカム構造体にクラックが発生しない最大のススの堆積割合を調査した。このときのススの堆積割合を「クラック限界」とする。クラック限界が、６ｇ／Ｌ未満である場合を「Ｂ」とした。６ｇ／Ｌ以上である場合を「Ａ」とした。
Figure 0006847724
（実施例２，３）
表２に示すような接合強度となるように調製した接合材を使用したこと以外は、実施例１と同様の方法で、目封止ハニカム構造体を製造した。
（実施例４〜６）
ハニカムセグメント、及びハニカム接合体の構成を表１に示すように変更し、また、表２に示すような接合強度となるように調製した接合材を使用したこと以外は、実施例１と同様の方法で、目封止ハニカム構造体を製造した。
（比較例１〜３）
ハニカムセグメント接合体を作製する際に接合材として、１種類の接合材を用いて、目封止ハニカム構造体を製造したこと以外は、実施例１と同様の方法で、目封止ハニカム構造体を製造した。
実施例２〜６及び比較例１〜３の目封止ハニカム構造体についても、実施例１と同様の方法で、「急速冷却試験（電気炉スポーリング試験：Ｅ−ｓｐ評価）」を行った。結果を表３に示す。
（結果）
実施例１〜３の目封止ハニカム構造体は、比較例１の目封止ハニカム構造体に比して、急速冷却試験において良好な結果を得ることができた。また、比較例２の目封止ハニカム構造体は、接合層の接合強度が外周部と中央部の双方において高く、急速冷却試験において良好な結果を得ることができたが、クラック限界評価において、クラック限界が６ｇ／Ｌ未満となってしまった。また、実施例４〜６の目封止ハニカム構造体は、比較例３の目封止ハニカム構造体に比して、急速冷却試験において良好な結果を得ることができた。
本発明の目封止ハニカム構造体は、直噴ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等から排出される排ガスに含まれる微粒子等を除去するための捕集フィルタとして利用することができる。
１：隔壁、２：セル、４：ハニカムセグメント、４ａ：外周ハニカムセグメント、４ｂ：中央ハニカムセグメント、５：目封止部、６：接合層、６ａ：外周接合層、６ｂ：中央接合層、６ｘ：高接合強度接合層、１１：流入端面、１２：流出端面、１５：外周部、１６：中央部、２０：ハニカムセグメント接合体、２１：外周壁、１００：目封止ハニカム構造体。

Claims (2)

  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、
    複数個の前記ハニカムセグメントが接合されたハニカムセグメント接合体の外周を囲繞するように配設された外周壁と、を備え、
    前記ハニカムセグメントが、流入端面から流出端面まで延びる複数のセルを取り囲むように配設された多孔質の隔壁を有し、
    それぞれの前記ハニカムセグメントにおける前記セルは、前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部が、目封止部によって目封止されており、
    前記接合層において、前記外周壁と接するように配置された前記ハニカムセグメント同士を接合する前記接合層を外周接合層とし、前記ハニカムセグメント接合体の前記セルの延びる方向に直交する断面の重心を含む又は当該重心に最も近い位置に存在する前記ハニカムセグメントと、当該ハニカムセグメントに隣接する他の前記ハニカムセグメントとを接合する前記接合層を中央接合層とし、前記外周接合層の接合強度Ａ１は、前記中央接合層の接合強度Ａ２よりも大であり、前記外周接合層の前記接合強度Ａ１が、前記中央接合層の前記接合強度Ａ２の１．２〜１．６倍である、目封止ハニカム構造体。
  2. 前記外周接合層の前記接合強度Ａ１が、８５０〜１２００ｋＰａである、請求項１に記載の目封止ハニカム構造体。
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