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JP5103378B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

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JP5103378B2
JP5103378B2 JP2008507480A JP2008507480A JP5103378B2 JP 5103378 B2 JP5103378 B2 JP 5103378B2 JP 2008507480 A JP2008507480 A JP 2008507480A JP 2008507480 A JP2008507480 A JP 2008507480A JP 5103378 B2 JP5103378 B2 JP 5103378B2
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bonding material
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honeycomb
porosity
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浩一 岩田
直 桝川
篤 渡辺
周一 市川
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NGK Insulators Ltd
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Description

本発明は、ハニカムセグメントの複数が接合材層によって一体的に接合されたハニカム構造体に関する。さらに詳しくは、排ガス用の捕集フィルタ、中でも、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質（パティキュレート）等を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として有用な、耐熱衝撃性に優れ、特にフィルタ再生時におけるクラック等の欠陥の発生が確実に抑制されたハニカム構造体に関する。
ハニカム構造体が、排ガス用の捕集フィルタとして、例えば、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれている粒子状物質（パティキュレート）を捕捉して除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として、ディーゼルエンジンの排気系等に組み込まれて用いられている。
このようなハニカム構造体は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）等からなる多孔質の隔壁によって区画、形成された流体の流路となる複数のセルが中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有している。また、隣接したセルの端部は、交互に（市松模様状に）目封じされている。すなわち、一のセルは、一方の端部が開口し、他方の端部が目封じされており、これと隣接する他のセルは、一方の端部が目封じされ、他方の端部が開口している。
このような構造とすることにより、一方の端部から所定のセル（流入セル）に流入させた排ガスを、多孔質の隔壁を通過させることによって流入セルに隣接したセル（流出セル）を経由して流出させ、隔壁を通過させる際に排ガス中の粒子状物質（パティキュレート）を隔壁に捕捉させることによって、排ガスの浄化をすることができる。
このようなハニカム構造体（フィルタ）を長期間継続して使用するためには、フィルタを再生させる必要がある。すなわち、フィルタ内部に経時的に堆積したパティキュレートによる圧力損失の増大を取り除くため、フィルタ内部に堆積したパティキュレートを燃焼させて除去する必要がある。このフィルタ再生時には大きな熱応力が発生し、この熱応力がハニカム構造体にクラックや破壊等の欠陥を発生させるという問題があった。このような熱応力に対する耐熱衝撃性の向上の要請に対応して、複数のハニカムセグメントを接合材層によって一体的に接合することによって熱応力を分散、緩和する機能を持たせた分割構造のハニカム構造体が提案され、その耐熱衝撃性をある程度改善することができるようになった。このような分割構造のハニカム構造体は、それぞれが全体構造の一部を構成する形状を有するとともに、中心軸に対して垂直な方向に組み付けられることによって全体構造を構成することになる形状を有する複数のハニカムセグメントが、接合材層によって一体的に接合されて、中心軸に対して垂直な平面で切断した全体の断面形状が円形等の所定の形状となるように成形された後、その外周面がコーティング材により被覆された構造となっている。
しかし、近年、フィルタはさらに大型化の要請が高まり、再生時に発生する熱応力も増大することになり、上述の欠陥を防止するため、構造体としての耐熱衝撃性の向上が強く望まれるようになった。中でも、複数のハニカムセグメントを一体的に接合するための接合材層には、優れた応力緩和機能と接合強度とを実現することによって耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を実現することが望まれている。
このような問題に対応して、シール材（接合材層）に、無機繊維や有機バインダーを添加することにより、乾燥硬化の過程でのマイグレーションの発生を抑制し、上述の欠陥の発生を抑制して、耐久性を向上させることを企図したセラミックス構造体（ハニカム構造体）が開示されている（特許文献１参照）。
特許第３１２１４９７号公報
しかしながら、特許文献１に開示されたセラミックス構造体（ハニカム構造体）に用いられるシール材（接合材層）において、構成する無機繊維と有機バインダーとが相互に絡み合うことにより実現した均一な組織では、セグメント／接合材層界面の接合強度の確保と接合材層自体の応力緩和機能の確保との両立が難しいという問題があった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、排ガス用の捕集フィルタ、中でも、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質（パティキュレート）等を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として有用な、耐熱衝撃性に優れ、特にフィルタ再生時におけるクラック等の欠陥の発生が確実に抑制された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、本発明によって、下記のハニカム構造体が提供される。
［１］複数のハニカムセグメントが接合材層を介して互いの接合面で一体的に接合されたハニカムセグメント接合体を備え、流体の流路となる複数のセルが中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有するハニカム構造体であって、前記接合材層のハニカムセグメントの接合面との界面からそれぞれ全体の層厚の２０％に相当する長さだけ離れた箇所までに位置する外側部分における気孔率が、前記外側部分より内方に位置する中心部分の気孔率よりも小であるとともに、前記接合材層のＺ軸方向の圧縮ヤング率が５〜１００（ＭＰａ）であるハニカム構造体。
［２］前記接合材層のＺ軸方向の圧縮ヤング率が１０〜８０（ＭＰａ）である前記［１］に記載のハニカム構造体。
［３］前記接合材層のＺ軸方向の圧縮ヤング率が１５〜５０（ＭＰａ）である前記［１］に記載のハニカム構造体。
［４］前記接合材層の前記外側部分の気孔率が５〜４０％であり、かつ前記中心部分の気孔率が２５〜９０％である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［５］前記接合材層の前記外側部分の気孔率が１０〜３０％であり、かつ前記中心部分の気孔率が３０〜７０％である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［６］ハニカム構造体の長さＬ／直径Ｄ＜４．０の関係を満たす［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［７］ハニカム構造体の長さＬ／直径Ｄ＜２．５の関係を満たす［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［８］ハニカム構造体の長さＬ／直径Ｄ＜１．５の関係を満たす［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［９］前記接合材層が無機繊維を含有してなり、前記無機繊維の含有率が２０〜４５質量％、ショット含有率が１０〜５０質量％、長軸方向に垂直な断面における平均直径値が１〜２０μｍ及び長軸方向の平均長さが１０〜６００μｍである前記［１］〜［８］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［１０］前記接合材層の厚さが、０．５〜３ｍｍである前記［１］〜［９］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［１１］前記ハニカムセグメントが、炭化珪素（ＳｉＣ）から構成されてなるか、又は前記炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材として、かつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成された珪素−炭化珪素系複合材料から構成されてなる前記［１］〜［１０］のいずれかに記載のハニカム構造体。
本発明によれば、耐熱衝撃性に優れ、特にフィルタ再生時におけるクラック等の欠陥の発生が確実に抑制される排ガス用の捕集フィルタ、中でも、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質（パティキュレート）等を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として有用なハニカム構造体を提供することができる。
本発明のハニカム構造体の一の実施の形態（中心軸に対して垂直な平面で切断した全体の断面形状が円形）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他の実施の形態（中心軸に対して垂直な平面で切断した全体の断面形状が正方形）の一部を端面側から見た正面図である。 本発明のハニカム構造体の他の実施の形態に用いられるハニカムセグメントを模式的に示す斜視図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 実施例において得られた気孔率測定用サンプルの断面における気孔の分布状況をＳＥＭにて観察した結果を模式的に示す説明図である。
符号の説明
１：ハニカム構造体、２：ハニカムセグメント、４：コーティング材、５：セル、６：隔壁、７：充填材、９：接合材層、１０：ハニカムセグメント接合体。
以下、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明するが、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、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
図１、２に示すように、本発明の実施の形態におけるハニカム構造体１は、複数のハニカムセグメント２が接合材層９を介して互いの接合面で一体的に接合されたハニカムセグメント接合体１０を備え、流体の流路となる複数のセル５が中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有するものであり、接合材層９の外側部分（ハニカムセグメントの接合面との界面からそれぞれ全体の層厚の２０％に相当する長さだけ離れた箇所までの部分）における気孔率が、外側部分より内方に位置する中心部分の気孔率よりも小であるとともに、接合材層９のＺ軸方向の圧縮ヤング率が５〜１００（ＭＰａ）であることを特徴とするものである。ここで、Ｚ軸方向とは、図５に示すように、接合材層９の接合面に垂直な方向である。
まず、本発明の実施の形態におけるハニカム構造体１の構造をさらに具体的に説明する。本発明の実施の形態におけるハニカム構造体１は、多孔質の隔壁６によって区画、形成された流体の流路となる複数のセル５がハニカム構造体１の中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有し、それぞれが全体構造の一部を構成する形状を有するとともに、ハニカム構造体１の中心軸に対して垂直な方向に組み付けられることによって全体構造を構成することになる形状を有する複数のハニカムセグメント２が、接合材層９によって一体的に接合されたハニカムセグメント接合体１０として構成されてなるものである。接合材層９によるハニカムセグメント２の接合の後、ハニカム構造体１の中心軸に対して垂直な平面で切断した全体の断面形状が円形、楕円形、三角形、正方形、その他の形状となるように研削加工され、外周面がコーティング材４によって被覆される。このハニカム構造体１をＤＰＦとして用いる場合、ディーゼルエンジンの排気系等に配置することにより、ディーゼルエンジンから排出されるスートを含む粒子状物質（パティキュレート）を捕捉することができる。なお、図１においては、一つのハニカムセグメント２においてのみ、セル５及び隔壁６を示している。それぞれのハニカムセグメント２は、図３、４に示すように、ハニカム構造体１（ハニカムセグメント接合体１０）（図１参照）の全体構造の一部を構成する形状を有するとともに、ハニカム構造体１（図１参照）の中心軸に対して垂直な方向に組み付けられることによって全体構造を構成することになる形状を有している。セル５はハニカム構造体１の中心軸方向に互いに並行するように配設されており、隣接しているセル５におけるそれぞれの端部が交互に充填材７によって目封じされている。
所定のセル５（流入セル）においては、図３、４における左端部側が開口している一方、右端部側が充填材７によって目封じされており、これと隣接する他のセル５（流出セル）においては、左端部側が充填材７によって目封じされるが、右端部側が開口している。このような目封じにより、図２に示すように、ハニカムセグメント２の端面が市松模様状を呈するようになる。このような複数のハニカムセグメント２が接合されたハニカム構造体１を排ガスの排気系内に配置した場合、排ガスは図４における左側から各ハニカムセグメント２のセル５内に流入して右側に移動する。
図４においては、ハニカムセグメント２の左側が排ガスの入口となる場合を示し、排ガスは、目封じされることなく開口しているセル５（流入セル）からハニカムセグメント２内に流入する。セル５（流入セル）に流入した排ガスは、多孔質の隔壁６を通過して他のセル５（流出セル）から流出する。そして、隔壁６を通過する際に排ガス中のスートを含む粒子状物質（パティキュレート）が隔壁６に捕捉される。このようにして、排ガスの浄化を行うことができる。このような捕捉によって、ハニカムセグメント２の内部にはスートを含む粒子状物質（パティキュレート）が経時的に堆積して圧力損失が大きくなるため、スート等を燃焼させる再生が行われる。なお、図２〜４には、全体の断面形状が正方形のハニカムセグメント２を示すが、三角形、六角形等の形状であってもよい。また、セル５の断面形状も、三角形、六角形、円形、楕円形、その他の形状であってもよい。
本発明のハニカム構造体は、上述の構造を有するものであり、接合材層９の外側部分（ハニカムセグメントの接合面との界面からそれぞれ全体の層厚の２０％に相当する長さだけ離れた箇所までの部分）における気孔率が、外側部分より内方に位置する中心部分の気孔率よりも小であるとともに、接合材層９は、そのＺ軸方向の圧縮ヤング率が５〜１００（ＭＰａ）、好ましくは、Ｚ軸方向の圧縮ヤング率が１０〜８０（ＭＰａ）、さらに好ましくは、Ｚ軸方向の圧縮ヤング率が１５〜５０（ＭＰａ）である。
Ｚ軸方向の圧縮ヤング率は、次のように算出した。所定の寸法（１０×１０ｍｍ〜３０×３０ｍｍ、厚み０．５〜３ｍｍ）の試料を切り出し、Ｚ軸方向の圧縮試験を行った。尚、試料には基材がついていてもかまわない。Ｚ軸方向の圧縮ヤング率は、荷重を０〜３ＭＰａまで試料に加えた時の応力−ひずみ曲線における傾きをヤング率として、下式より算出した。
Figure 0005103378
 Ｅ ： ヤング率（ＭＰａ）
Ｗ ： 荷重（Ｎ）
Ｓ ： 試料面積（ｍｍ２）
ｔ ： 試料厚み（ｍｍ）
Δｔ ： 試料厚みの変化量（ｍｍ）
本実施の形態に用いられる接合材層の外側部分（ハニカムセグメントの接合面との界面からそれぞれ全体の層厚の２０％に相当する長さだけ離れた箇所までの部分）における気孔率が、外側部分より内方に位置する中心部分の気孔率以上であると、外側部分ではセグメント／接合材層界面の接合強度を確保することができず、中心部分の気孔率により接合材層のヤング率を低くすることができず、セグメント／接合材層界面の接合強度確保と接合材層の応力緩和機能との両立が不可能となる。
本実施の形態に用いられる接合材層のＺ軸方向の圧縮ヤング率が、５ＭＰａ未満であると、セグメント中に温度分布を持ったときに、セグメント自体の変形が大きくなってクラックが発生し、一方１００ＭＰａより大きくなると、セグメント単体では問題ないが、複数のハニカムセグメトが接合材層で一体化ハニカム構造体において、応力が緩和できず、ＤＰＦでの再生時に生じる急激な熱応力により外周部が破損することがある。
本実施の形態に用いられる接合材層の外側部分の気孔率が５〜４０％であり、かつ中心部分の気孔率が２５〜９０％であることが好ましい。接合材層９の外側部分の気孔率が１０〜３０％であり、かつ中心部分の気孔率が３０〜７０％であることがさらに好ましい。外側部分の気孔率が５％未満であると、ヤング率が大きくなり応力緩和機能を十分に発揮することができないことがあり、４０％を超えると、セグメント／接合材層の接合強度が低減することがある。また、中心部分の気孔率が２５％未満であると、ヤング率が大きくなり、９０％を超えると、強度が低減し、クラックが発生することがある。接合材層部分の平均気孔率は１７〜７０％で、更に好ましくは２２〜５４％である。
本実施の形態に用いられるハニカム構造体は、その長さＬと直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）がＬ／Ｄ＜４．０の関係を満たすことが好ましく、Ｌ／Ｄ＜２．５の関係を満たすことがさらに好ましく、Ｌ／Ｄ＜１．５の関係を満たすことが特に好ましい。長さＬと直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）が４．０以上であるとＤＰＦでの再生時に生じる中心部と端部の温度差が大きくなり、急激な熱応力により破損することがある。ここで、直径Ｄは、ハニカム構造体の断面形状が円形の場合はその直径、楕円形状の場合は短軸及び長軸の平均値、その他の形状の場合は外接円の直径で定義される。
また、本実施の形態に用いられる接合材層には、無機繊維が含有されるが、これ以外に、例えば、無機バインダー、有機バインダー、無機粒子、発泡粒子等が含有されることが好ましい。無機繊維としては、例えば、アルミノシリケート、アルミナ、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系及びＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ系等の酸化物繊維、その他の繊維（例えば、ＳｉＣ繊維）等を挙げることができる。無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル、粘土等を挙げることができる。有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルローズ（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）等を挙げることができる。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、ムライト等のセラミックスを挙げることができる。なお、接合材層を構成する接合材は、後述するコーティング材と同じ材料を用いることができる。
無機繊維の含有率は２０〜４５質量％（さらに好ましくは３０〜４０質量％）、ショット含有率が１０〜５０質量％、長軸方向に垂直な断面における平均直径値が１〜２０μｍ（さらに好ましくは２〜１５μｍ）及び長軸方向の平均長さが１０〜６００μｍ（さらに好ましくは５０〜３００μｍ）であることが好ましい。
無機繊維の含有率が２０質量％未満であると、接合材層に弾力性を付与できないことがあり、４５質量％を超えると、塗布可能なペーストを得るために大量の水を必要とし、大量の水の使用は、接合材乾燥時の収縮が大きく、クラックが起きることがある。ショット含有率が１０質量％未満であると、塗布可能なペーストを得るために大量の水を必要とし、大量の水の使用は、接合材乾燥時の収縮が大きく、クラックが起きることがあり、５０質量％を超えると、接合材層に弾力性を付与できないことがある。長軸方向に垂直な断面における平均直径値が１μｍ未満であると、接合材層に弾力性を付与できないことがあり、２０μｍを超えると、接合材の厚みに与える影響が大きいため、ハニカムセグメントの外壁面上に均一に塗布することが困難となることがある。長軸方向の平均長さが１０μｍ未満であると、接合材層に弾力性を付与できないことがあり、６００μｍを超えると、塗布生が低下することがある。
図２に示すように、接合材層９は、ハニカムセグメント２の外周面に塗布されて、ハニカムセグメント２を接合するように機能する。接合材層９の塗布は、隣接しているそれぞれのハニカムセグメント２の外周面に行ってもよいが、隣接したハニカムセグメント２の相互間においては、対応した外周面の一方に対してだけ行ってもよい。このような対応面の片側だけへの塗布は、接合材層９の使用量を節約できる点で好ましい。接合材層９の厚さは、ハニカムセグメント２の相互間の接合力を勘案して決定され、例えば、０．５〜３．０ｍｍの範囲で適宜選択される。
本実施の形態に用いられるハニカムセグメント２の材料としては、強度、耐熱性の観点から、炭化珪素（ＳｉＣ）、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、珪素−炭化珪素複合材、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系金属からなる群から選択される少なくとも一種から構成された物を挙げることができる。中でも、炭化珪素（ＳｉＣ）又は珪素−炭化珪素系複合材料から構成されてなるものが好ましい。
ハニカムセグメント２の作製は、例えば、上述の材料から適宜選択したものに、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のバインダー、界面活性剤、溶媒としての水等を添加して、可塑性の坏土とし、この坏土を上述の形状となるように押出成形し、次いで、マイクロ波、熱風等によって乾燥した後、焼結することにより行うことができる。
セル５の目封じに用いる充填材７としては、ハニカムセグメント２と同様な材料を用いることができる。充填材７による目封じは、目封じをしないセル５をマスキングした状態で、ハニカムセグメント２の端面をスラリー状の充填材７に浸漬することにより開口しているセル５に充填することにより行うことができる。充填材７の充填は、ハニカムセグメント２の成形後における焼成前に行っても、焼成後に行ってもよいが、焼成前に行うことの方が、焼成工程が１回で終了するため好ましい。
以上のようなハニカムセグメント２の作製の後、ハニカムセグメント２の外周面にスラリー状の接合材層９を塗布し、所定の立体形状（ハニカム構造体１の全体構造）となるように複数のハニカムセグメント２を組み付け、この組み付けた状態で圧着した後、加熱乾燥する。このようにして、複数のハニカムセグメント２が一体的に接合された接合体が作製される。その後、この接合体を上述の形状に研削加工し、外周面をコーティング材４によって被覆し、加熱乾燥する。このようにして、図１に示すハニカム構造体１が作製される。コーティング材４の材質としては、接合材層９と同様の用いられるのを用いることができる。コーティング材４の厚さは、例えば、０．１〜１．５ｍｍの範囲で適宜選択される。
以上説明したように、本発明によって、排ガス用の捕集フィルタ、中でも、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質（パティキュレート）等を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として有用な、耐熱衝撃性に優れ、特にフィルタ再生時におけるクラック等の欠陥の発生が確実に抑制されたハニカム構造体が提供される。
以下、本発明を実施例によってさら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いかなる制限を受けるものではない。
（実施例１）（ハニカムセグメントの作製）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、これに造孔剤として澱粉、発泡樹脂を加え、さら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３１０μｍ、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ２（３００セル／平方インチ）、断面が一辺３５ｍｍの正四角形、長さが１５２ｍｍ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、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。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不活性雰囲気で約１４５０℃で焼成して、ＳｉＣ結晶粒子をＳｉで結合させた、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）無機繊維としてアルミノシリケート繊維を用い、ショット率は全て５０％であった。無機バインダーとしてコロイダルシリカを２２質量％及び粘土を１質量％、無機粒子としてＳｉＣを混合したものにさらに水を加えて、場合によっては、有機バインダー（ＣＭＣ、ＰＶＡ）、発泡樹脂及び分散剤を加えて、ミキサーにて３０分間混練を行い、ペースト状の接合材を得た。具体的には、表１に示す条件で、種類及び組成比の異なる接合材（接合材Ｎｏ．１〜１２）を得た。
（ハニカム構造体の作製）ハニカムセグメントの外壁面に、厚さ約１ｍｍとなるように接合材Ｎｏ．１をコーティングして接合材層を形成し、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、１６個のハニカムセグメントからなるハニカムセグメント積層体を作製し、外部より圧力を加え、全体を接合させた後、１４０℃、２時間乾燥してハニカムセグメント接合体を得た。その後、ハニカムセグメント接合体の外周を円筒状に切断後、コーティング材を塗布し、７００℃、２時間乾燥硬化させ、ハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体を切断して所定の気孔率測定用サンプルを切り出し、樹脂埋め、研磨後、気孔率測定用サンプルの断面における気孔の分布状況をＳＥＭにて１０〜４０倍程度で観察した。得られた写真の画像解析（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製、ＩｍａｇｅＰｒｏ（Ｖｅｒ５．０））から気孔率を測定した。気孔の分布状況を観察した結果を図５に示す。気孔率を算出するにあたり、少なくとも試料長さ３ｍｍ以上の領域を用いた。結果を表２に示す。接合材中心部分の気孔率は６８％で、外側部分の気孔率は３７％であった。
接合材Ｚ軸方向の圧縮ヤング率の結果を表２に示す。接合材のＺ軸方向の圧縮ヤング率は９５ＭＰａであった。
さらに、得られたハニカム構造体の急速加熱試験（バーナースポーリング試験Ｂ−ｓｐ）、急速冷却試験（電気炉スポーリング試験Ｅ−ｓｐ）、エンジン試験（Ｅ／Ｇ試験）を行った。結果を表２に示す。
（実施例２〜９および比較例１〜３）実施例２〜９は、実施例１において、接合材を、接合材Ｎｏ．２〜９に変えたこと以外は実施例１と同様にした。また、比較例１〜３は、接合材Ｎｏ．１０〜１２に変えたこと以外は実施例１と同様にした。各実施例及び比較例における、ハニカム構造体の接合材の各種試験結果を表２に示す。
Figure 0005103378
Figure 0005103378
「Ｂ−ｓｐ」試験：バーナースポーリング試験（急速加熱試験）：ハニカム構造体にバーナーで加熱した空気を流すことにより中心部分と外側部分との温度差をつくり、ハニカム構造体のクラックの発生しない温度により耐熱衝撃性を評価する試験（温度が高いほど耐熱衝撃性が高い）
「Ｅ−ｓｐ」試験：電気炉スポーリング試験（急速冷却試験）：ハニカム構造体を電気炉にて５００℃×２ｈ加熱し、均一な温度にした後、室温に取り出し、ハニカム構造体のクラック発生の有無により耐熱衝撃性を評価する試験
「Ｅ／Ｇ」試験：エンジン試験１０００℃：フィルタ再生のために堆積したパーティキュレートを燃焼させ、ハニカム中心部の温度が１０００℃となる条件にて、ハニカム構造体のクラックの有無により耐熱衝撃性を評価する試験
表２中、○はクラック発生なし、×はクラック発生ありを意味する。表２の結果から分かるように、接合材層のＺ軸の圧縮ヤング率の値が１５０ＭＰａである接合材Ｎｏ．１０（比較例１）や、接合材層のＺ軸の圧縮ヤング率の値が１０５ＭＰａでかつ接合材層の中心部分の気孔率が、外側部分の接合材の気孔率より小さい構造であるＮｏ．１１（比較例２）は、各種試験後、ハニカム構造体にクラックが発生した。更に、接合材層のＺ軸の圧縮ヤング率の値が４ＭＰａでかつ接合材層の中心部分の気孔率が、外側部分の接合材の気孔率より小さい構造であるＮｏ．１２（比較例３）は、各種試験後、ハニカム構造体にクラックが発生した。接合材層が十分な弾性力を発揮できず、試験中に発生する熱応力を緩和できなかったものと考えられる。一方、接合材層のＺ軸方向のヤング率の値が５〜１００ＭＰａの範囲内にあり、かつ、接合材層の中心部分の気孔率が外側部分の接合材層の気孔率より大きい構造である接合材Ｎｏ．１〜９（実施例１〜９）は、各種試験後、ハニカム構造体にクラックは見られなかった。
本発明のハニカム構造体は、排ガス用の捕集フィルタとして、例えば、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれている粒子状物質（パティキュレート）を捕捉して除去するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として有用である。

Claims (11)

  1. 複数のハニカムセグメントが接合材層を介して互いの接合面で一体的に接合されたハニカムセグメント接合体を備え、流体の流路となる複数のセルが中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有するハニカム構造体であって、
    前記接合材層のハニカムセグメントの接合面との界面からそれぞれ全体の層厚の２０％に相当する長さだけ離れた箇所までに位置する外側部分における気孔率が、前記外側部分より内方に位置する中心部分の気孔率よりも小であるとともに、
    前記接合材層のＺ軸方向の圧縮ヤング率が５〜１００（ＭＰａ）であるハニカム構造体。
  2. 前記接合材層のＺ軸方向の圧縮ヤング率が１０〜８０（ＭＰａ）である請求項１に記載のハニカム構造体。
  3. 前記接合材層のＺ軸方向の圧縮ヤング率が１５〜５０（ＭＰａ）である請求項１に記載のハニカム構造体。
  4. 前記接合材層の前記外側部分の気孔率が５〜４０％であり、かつ前記中心部分の気孔率が２５〜９０％である請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム構造体。
  5. 前記接合材層の前記外側部分の気孔率が１０〜３０％であり、かつ前記中心部分の気孔率が３０〜７０％である請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム構造体。
  6. 前記ハニカム構造体の長さＬ／直径Ｄ＜４．０の関係を満たす請求項１〜５のいずれかに記載のハニカム構造体。
  7. 前記ハニカム構造体の長さＬ／直径Ｄ＜２．５の関係を満たす請求項１〜５のいずれかに記載のハニカム構造体。
  8. 前記ハニカム構造体の長さＬ／直径Ｄ＜１．５の関係を満たす請求項１〜５のいずれかに記載のハニカム構造体。
  9. 前記接合材層が無機繊維を含有してなり、前記無機繊維の含有率が２０〜４５質量％、ショット含有率が１０〜５０質量％、長軸方向に垂直な断面における平均直径値が１〜２０μｍ及び長軸方向の平均長さが１０〜６００μｍである請求項１〜８のいずれかに記載のハニカム構造体。
  10. 前記接合材層の厚さが、０．５〜３ｍｍである請求項１〜９のいずれかに記載のハニカム構造体。
  11. 前記ハニカムセグメントが、炭化珪素（ＳｉＣ）から構成されてなるか、又は前記炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材として、かつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成された珪素−炭化珪素系複合材料から構成されてなる請求項１〜１０のいずれかに記載のハニカム構造体。
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