JP5281967B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルター等の集塵用フィルターとして好適に使用されるハニカム構造体に関する。

排ガス用の捕集フィルター、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スート等の粒子状物質（パティキュレートマター（ＰＭ））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ー（ＤＰＦ）として、ハニカム構造体が広く使用されている。

このようなハニカム構造体（フィルター）を長期間継続して使用するためには、定期的にフィルターに再生処理を施す必要がある。すなわち、フィルター内部に経時的に堆積したＰＭにより増大した圧力損失を低減させてフィルター性能を初期状態に戻すため、フィルター内部に堆積したＰＭを燃焼させて除去する必要がある。このフィルター再生時には、フィルター内部に堆積したＰＭが流体（排ガス）の入口側から順に燃焼するため、出口側に近い部位ほど、前方で発生した熱とその場でＰＭが燃焼した熱とによる温度上昇が激しくなる。そのため、フィルター各部の温度上昇が不均一になりやすく、熱応力によってクラック等の欠陥を発生させるという問題があった。

このような問題に対し、ハニカム構造体を複数のハニカム形状のセグメント（ハニカムセグメント）から構成し、各ハニカムセグメント間を弾性質素材からなる接合材で接合一体化した構造とすることにより、ハニカム構造体に作用する熱応力を分散、緩和する方法が提案され（例えば、特許文献１参照）、それによって耐熱衝撃性をある程度改善できるようになったが、近年のフィルターの大型化に伴う熱応力の増大により、この方法だけでは十分な効果が得られにくくなってきている。また、平均細孔径を入口側端面から出口側端面に向かって小さくなるように形成し、ＰＭが出口側付近に偏って堆積するのを防ぐことにより、フィルター再生時における燃焼熱の偏りを抑制したハニカム構造体も知られているが（例えば、特許文献２参照）、このように平均細孔径を小さくするだけでは、十分な効果が得られにくいのが実情である。

また、複数のハニカムセグメントを接合してハニカム構造体を構成する場合には、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度が重要である。更に、ハニカムセグメント間の温度差を小さくし、当該温度差に起因する熱応力の発生を抑制する観点から、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズに行われること、すなわち熱伝達が良いことも望まれる。

ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度は、ハニカムセグメントの外壁表面の凹凸に、接合材に含まれる無機粒子が食い込むことにより生ずる効果（アンカー効果）によって発現すると考えらており、前記特許文献１でもこのようなアンカー効果に着目してハニカムセグメントの外壁の表面粗さＲｚを規定している。

アンカー効果は、表面粗さが大きい（粗い）ほど高くなるため、前記従来技術における表面粗さＲｚのような凹凸の高さ方向のパラメータは、ハニカムセグメントの特性に悪影響を及ぼさない範囲でなるべく大きな値に設定するのが一般的である。

しかしながら、ハニカムセグメントの外壁の表面粗さを大きめに設定しても、接合材に含まれる無機粒子の粒子径がある程度以上大きかったり、ハニカムセグメントの外壁の局部山頂の間隔が小さすぎたりするような場合には、無機粒子がハニカムセグメント外壁表面の凹部に入り込みにくくなるため、ハニカムセグメントの外壁表面と無機粒子との界面に大きな空隙が発生して両者の接触面積が減少し、ハニカムセグメントと接合材との間の熱伝達が悪化することがある。また、ハニカムセグメント外壁の表面粗さや局部山頂の間隔は、ハニカムセグメント自身の製造に用いる原料粒子の粒子径分布や原料成分の配合割合の他、ハニカムセグメント同士の接合に先立ってハニカムセグメントの外壁に塗布する下地材の粒子径分布や成分の配合割合等の調整により、独立的に任意で所望の値が実現可能ではあるものの、独立的調整因子の数が過多であるため、接合強度と熱伝達とのバランスが良いハニカム構造体を製造しようとする場合には、却って職人技的なノウハウが要求されていた。

特開２０００−２７９７２９号公報 特開平１−１４５３７８号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハニカムセグメントの所定部位を緻密化するとともに、ハニカムセグメント外壁の表面粗さ（算術平均表面粗さ：Ｒａ）、局部山頂の間隔（局部山頂の平均間隔：Ｓ）、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径といった、接合強度と熱伝達に影響する因子の最適範囲を見出すことにより、ＤＰＦに用いた場合において、フィルター再生時の出口側付近の温度上昇が適度に抑えられるとともに、圧力損失の過度な上昇も抑制され、更にハニカムセグメントと接合材との間の接合強度及び熱伝達も良好で、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によれば、以下のハニカム構造体が提供される。

［１］ 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該２つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記２つの端面間に多孔質体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とを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、前記セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、前記修飾部は、前記セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記セグメント全長の１／１０〜１／２の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが０．４〜２０μｍであり、前記修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａより０．０１〜７．５μｍ大きく、前記無機粒子の平均粒子径が０．５〜３０μｍであるハニカム構造体（第一のハニカム構造体）。

［２］ 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該２つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記２つの端面間に多孔質体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とを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材のみからなり、前記外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、前記ベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、前記修飾部は、前記中央セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記中央セグメント全長の１／１０〜１／２の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが０．４〜２０μｍであり、前記無機粒子の平均粒子径が０．５〜３０μｍであるハニカム構造体（第二のハニカム構造体）。

［３］ 前記修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａより０．０１〜７．５μｍ大きい［２］に記載のハニカム構造体。

［４］ 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該２つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記２つの端面間に多孔質体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とを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、前記セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、前記修飾部は、前記セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記セグメント全長の１／１０〜１／２の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが１０〜１２５μｍであり、前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓより０．１〜７０μｍ大きく、前記無機粒子の平均粒子径が０．５〜３０μｍであるハニカム構造体（第三のハニカム構造体）。

［５］ 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該２つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記２つの端面間に多孔質体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とを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材のみからなり、前記外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、前記ベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、前記修飾部は、前記中央セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記中央セグメント全長の１／１０〜１／２の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが１０〜１２５μｍであり、前記無機粒子の平均粒子径が０．５〜３０μｍであるハニカム構造体（第四のハニカム構造体）。

［６］ 前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓより０．１〜７０μｍ大きい［５］に記載のハニカム構造体。

［７］ 全ての前記セグメントにおいて、前記修飾部の長さ、気孔率及び平均細孔径が同一である［１］又は［４］に記載のハニカム構造体。

［８］ 前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントと、その内側に位置する中央セグメントとで、前記修飾部の長さ、気孔率及び平均細孔径の何れか１つ以上が異なっている［１］又は［４］に記載のハニカム構造体。

［９］ 前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓと算術平均表面粗さＲａとの比（Ｓ／Ｒａ）が１〜３５であり、前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓと算術平均表面粗さＲａとの比（Ｓ／Ｒａ）が４〜４０である［１］〜［８］の何れかに記載のハニカム構造体。

［１０］ 下記の方法により求められたせん断強度をＰ（単位：ｋＰａ）とし、セグメント間の温度差をＴ（単位：℃）としたとき、ＰとＴとが下式（１）の関係を満たす［１］〜［９］の何れかに記載のハニカム構造体。
Ｔ＜０．４２３Ｐ−１６９．２ （１）
［せん断強度］
ハニカム構造体より、隣接する２本のセグメントを接合された状態のまま切り出し、一方のセグメントを固定し、もう一方のセグメントに対してその長軸方向から荷重をかけることにより測定する。
［セグメント間の温度差］
内部にススを堆積させたハニカム構造体をエンジンベンチに設置し、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、エンジントルク６０Ｎｍに保った状態でポストインジェクションを入れ、ハニカム構造体前後の圧力損失が低下しはじめたタイミングでポストインジェクションを切り、エンジン状態をアイドルに切り替えたときにおけるハニカム構造体内部の温度の履歴を測定する。温度計測点は、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントの端面方向中心部と、当該外周セグメントの内側に隣接する中央セグメントの端面方向中心部とのそれぞれにおける、ハニカム構造体の出口側端面から入口側端面に向かって１５ｍｍの位置であり、これら２つの温度計測点の内、前記中央セグメント内にある温度計測点の最高温度が１２００℃になるように、前記ススの堆積量を徐々に増加させて行き、前記中央セグメント内にある温度計測点の温度が１２００℃に達した時点までの各温度計測点における温度履歴中の最高温度の差を算出する。

［１１］ 前記修飾部の気孔率が、前記ベース基材の気孔率より２〜２０％低い［１］〜［１０］の何れかに記載のハニカム構造体。

［１２］ 前記修飾部の平均細孔径が、前記ベース基材の平均細孔径より０．１〜１０μｍ小さい［１］〜［１１］の何れかに記載のハニカム構造体。

［１３］ 前記ベース基材の気孔率が３０〜８０で、平均細孔径が５〜４０μｍである［１］〜［１２］の何れかに記載のハニカム構造体。

［１４］ 所定の前記セルの開口部を前記入口側端面で目封止するとともに、残余の前記セルの開口部を前記出口側端面で目封止する目封止部を備えた［１］〜［１３］の何れかに記載のハニカム構造体。

［１５］ 前記入口側端面の開口率が、前記出口側端面の開口率より大きい［１４］に記載のハニカム構造体。

［１６］ 前記隔壁に触媒成分が担持された［１］〜［１５］の何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、修飾部、すなわち緻密化処理を施す部位の長さを限定することによって、ＤＰＦに用いた場合におけるフィルター再生時の出口側付近の温度上昇が適度に抑えられるとともに、圧力損失の過度な上昇も抑えられており、フィルターとしてのバランスに優れる。また、ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａや局部山頂の平均間隔Ｓを所定範囲に限定するとともに、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を限定することによって、ハニカムセグメントと接合材との間の良好な接合強度が得られるとともに、両者の間の熱の授受がスムーズとなり、各部の温度が不均一になりやすいＤＰＦ等の用途に使用した場合において、高い耐熱衝撃性を発揮する。

本発明に係る第一及び第三のハニカム構造体における修飾部の形成状態の一例を模式的に示す概略断面図である。 本発明に係る第一及び第三のハニカム構造体における修飾部の形成状態の他の一例を模式的に示す概略断面図である。 本発明に係る第一及び第三のハニカム構造体における修飾部の形成状態の更に他の一例を模式的に示す概略断面図である。 本発明に係る第二及び第四のハニカム構造体における修飾部の形成状態の一例を模式的に示す概略断面図である。 本発明に係る第一〜第四のハニカム構造体の基本構造の一例を示す概略斜視図である。 本発明に係る第一〜第四のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントの一例を示す概略斜視図である。 本発明に係る第一〜第四のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントの他の一例を示す概略斜視図である。 入口側端面と出口側端面とで開口率が異なるハニカム構造体の実施形態の一例を示す入口側端面の部分拡大図である。 入口側端面と出口側端面とで開口率が異なるハニカム構造体の実施形態の一例を示す出口側端面の部分拡大図である。 ハニカムセグメントの外壁表面の表面粗さや局部山頂の間隔が、ハニカムセグメントの外壁と接合材に含まれる無機粒子との接合状態に与える影響を模式的に示した説明図である。 ハニカムセグメントの外壁表面の表面粗さや局部山頂の間隔が、ハニカムセグメントの外壁と接合材に含まれる無機粒子との接合状態に与える影響を模式的に示した説明図である。 ハニカムセグメントの外壁表面の表面粗さや局部山頂の間隔が、ハニカムセグメントの外壁と接合材に含まれる無機粒子との接合状態に与える影響を模式的に示した説明図である。 ハニカムセグメントの外壁表面の表面粗さや局部山頂の間隔が、ハニカムセグメントの外壁と接合材に含まれる無機粒子との接合状態に与える影響を模式的に示した説明図である。 セグメント間の温度差を測定する際の温度計測点の位置を示す説明図である。 セグメント間の温度差を測定する際の温度計測点の位置を示す説明図である。

以下、本発明を具体的な実施形態に基づき説明するが、本発明は、これに限定されて解釈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、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。

本発明の第一〜第四のハニカム構造体は、ハニカム形状のセグメント（ハニカムセグメント）の複数個が、接合材にて一体化されてなるものである。図５は本発明に係る第一〜第四のハニカム構造体の基本構造の一例を示す概略斜視図であり、図６は本発明に係る第一〜第四のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントの一例を示す概略斜視図である。

図６に示すように、ハニカムセグメント２は、流体の入口側となる入口側端面１０と流体の出口側となる出口側端面１１とを有している。この２つの端面の外周部は外壁８により繋がれ、外壁８の内側において、流体の流路となる複数のセル（貫通孔）５が多孔質の隔壁３によって区画形成されている。なお、ＤＰＦのようなフィルターとして使用する場合には、所定セルの開口部を入口側端面で目封止するとともに、残余のセルの開口部を出口側端面で目封止する目封止部を配設するのが一般的であり、通常は、図７のように、一方の端面が目封止部９により市松模様を呈するよう目封止し、他方の端面が目封止部により、これと相補的な市松模様を呈するよう目封止する。すなわち、隣接するセルの開口部が互いに反対側の端面にて目封止されるように目封止部を形成する。

このように目封止が施されたハニカムセグメントから構成されるハニカム構造体の一端面（入口側端面）よりスート等のＰＭを含む流体を通気させると、流体は、当該一端面側において開口部が目封止さていないセルよりハニカム構造体の内部に流入し、濾過能を有する多孔質の隔壁を通過して、他端面（出口側端面）側が目封止されていない他の流通孔に入る。そして、この隔壁を通過する際に流体中のＰＭが隔壁に補足され、ＰＭが除去された浄化後の流体が他端面より排出される。

図５のように、本発明の第一〜第四のハニカム構造体は、ハニカムセグメント２の複数個を、それらの外壁同士を接合することにより一体化して構成される。ハニカムセグメント２の接合には接合材が使用される。この接合材は、無機粒子を含むものであり、その他の成分として、無機繊維、コロイド状酸化物を含むことが好ましい。ハニカムセグメントの接合時には、これらの成分に加え、必要に応じて、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等の有機バインダー、分散剤、水等を加え、それをミキサー等の混練機を使用して混合、混練してペースト状にしたものが好適に使用できる。

接合材に含まれる無機粒子の構成材料としては、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、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれるセラミックス、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、ニッケル系金属、珪素−炭化珪素系複合材料等を好適に用いることができる。

無機繊維としては、アルミノシリケート、炭化珪素等のセラミックファイバー、銅、鉄等のメタルファイバー等を好適に用いることができる。コロイド状酸化物としては、シリカゾル、アルミナゾル等が好適なものとして挙げられる。コロイド状酸化物は、接合材に適度な接着力を付与するために好適であり、また、乾燥・脱水することによって無機繊維及び無機粒子と結合し、乾燥後の接合材を、耐熱性等に優れた強固なものとすることができる。

このような接合材をハニカムセグメントの被接合面となる外壁表面に所定の厚さで塗布して複数個のハニカムセグメントを組み合わせた後、接合材を乾燥硬化させることにより、複数個のハニカムセグメントが一体化されたハニカム構造体とする。その後、必要に応じ、外周部を研削加工するなどして、円柱状等の所望形状に加工してもよい。なお、この場合、加工により外壁が除去され、内部の隔壁とセルが露出した状態となるので、露出面をコーティング材で被覆するなどして外壁を再形成することが好ましい。

本発明の第一及び第三のハニカム構造体に使用されるハニカムセグメントは、すべてハニカム形状で多孔質のベース基材と、このベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部（緻密化部）とを有する。また、本発明の第二及び第四のハニカム構造体に使用されるハニカムセグメントについては、それらセグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、前記ベース基材のみからなり、残余のセグメント、すなわち外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、第一及び第三のハニカム構造体に使用されるハニカムセグメントと同様に、ベース基材とベース基材の一部に形成された修飾部とを有する。

修飾部は、本発明のハニカム構造体をＤＰＦに用いた場合において、フィルター再生時に過剰に昇温しやすい出口側端面付近の熱容量及び熱伝導率を増加させて昇温を適度に抑制し、耐熱衝撃性を向上させる目的で形成されるものであるが、本発明の第一〜第四のハニカム構造体では、この修飾部の形成によって圧力損失が上昇し過ぎないように、その形成範囲を限定している。修飾部の具体的な形成範囲は、ハニカムセグメントの出口側端面から、セルの軸方向に沿って、ハニカムセグメント全長の１／１０〜１／２の長さまでの範囲である。修飾部の形成範囲がハニカムセグメント全長の１／１０に満たないと、フィルター再生時における出口側端面付近の過剰な昇温を効果的に抑制するだけの熱容量と熱伝導率を確保することが困難であり、ハニカムセグメント全長の１／２を超えると、修飾部によって圧力損失が比較的短期間に上昇してしまうため、低排気量車種向け等のフィルターに使用が限定され、汎用性が低くなる。

修飾部の形成範囲を前記のように限定することにより、フィルター再生時の出口側付近の温度上昇が適度に抑えられるとともに、圧力損失の過度な上昇も抑えられ、フィルターとしてのバランスに優れたハニカム構造体となる。また、本発明の第二及び第四のハニカム構造体においては、更に修飾部を形成するハニカムセグメントを、中央セグメントのみに限定することで、修飾部の形成による圧力損失の上昇をより抑えやすくしている。

本発明の第一及び第二のハニカム構造体においては、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａを０．４〜２０μｍ、好ましくは１〜１５μｍとしている。なお、本発明において、「平均表面粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に規定された値であって、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値を示したものである。

図１０〜図１３は、ハニカムセグメントの外壁表面の表面粗さや局部山頂の間隔が、ハニカムセグメントの外壁と接合材に含まれる無機粒子との接合状態に与える影響を示したものであり、この内、図１０と図１１との比較より、外壁８表面の局部山頂の間隔や接合材に含まれる無機粒子１５の粒子径が同程度の場合には、外壁８表面の表面粗さが大きい（粗い）方が無機粒子１５がハニカムセグメント外壁８表面の谷（凹部）に入り込みにくく、外壁８表面と無機粒子１５により囲まれた空隙が生じる現象（いわゆるブリッジ）が起こりやすくなって、ハニカムセグメントと接合材との接触面積が減少すると考えられる。また、その一方で、外壁８表面の表面粗さが小さくなるにつれて、アンカー効果は低減する。

本発明の第一及び第二のハニカム構造体は、このようにハニカムセグメント外壁表面の凹凸の高さ方向のパラメータである表面粗さが、ハニカムセグメントと接合材との接触面積やアンカー効果に及ぼす影響に着目し、良好な接合強度を得るために必要なアンカー効果を確保するとともに、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズに行えるだけの接触面積も確保するという観点からハニカムセグメントのベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａを最適化したものである。

修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａを前記のような範囲とし、かつ、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を所定範囲とすることで、十分なアンカー効果を確保でき、ハニカムセグメントと接合材との間の良好な接合強度が得られるとともに、ハニカムセグメント外壁表面と無機粒子との接触面積を大きく保つことができ、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズになる。

この算術平均表面粗さＲａが０．４μｍ未満ではアンカー効果が低減して必要な接合強度の確保が難しくなり、２０μｍを超えるとハニカムセグメントと接合材との接触面積が減少して両者間の熱の授受がスムーズに行えなくなったり、無機粒子がハニカムセグメント外壁表面の谷（凹部）まで入りきらず、接合材の乾燥時に、ハニカムセグメントと接合材との界面にクラックが生じたりする場合がある。

更に、本発明の第一及び第二のハニカム構造体においては、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度と熱の授受とのバランスをより良好にする観点から、本発明の第三及び第四のハニカム構造体と同様に、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓを１０〜１２５μｍとすることが好ましく、１５〜１００μｍとすることがより好ましい。

また、本発明の第一及び第二のハニカム構造体においては、修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さＲａを、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａより０．０１〜７．５μｍ大きくすることが好ましく、０．０５〜５μｍ大きくすることがより好ましい。修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さＲａをこのような範囲とすることにより、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界において、外壁表面と接合材との間で良好な接合強度が得られ、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界でセグメントと接合材の剥離が生じ難くなる。

本発明の第三及び第四のハニカム構造体においては、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓを１０〜１２５μｍ、好ましくは１５〜１００μｍとしている。なお、本発明において、「局部山頂の平均間隔Ｓ」とは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に規定された値であって、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分において隣り合う局部山頂間に対応する平均線の長さ（局部山頂の間隔）を求め、この多数の局部山頂の間隔の算術平均値を示したものである。

図１０と図１２との比較より、ハニカムセグメントの外壁８表面の表面粗さや接合材に含まれる無機粒子１５の粒子径が同程度の場合には、局部山頂の間隔が広い方が無機粒子１５がハニカムセグメント外壁８表面の谷（凹部）に入り込みやすく、いわゆるブリッジが起こりにくくなって、ハニカムセグメントと接合材との接触面積が増大すると考えられる。また、その一方で、局部山頂の間隔が広くなるにつれて、外壁表面上の同一の長さにおける凹凸の数は減少するので、アンカー効果は低減する。

本発明の第三及び第四のハニカム構造体は、このようにハニカムセグメント外壁表面の凹凸の横方向のパラメータである局部山頂の間隔が、ハニカムセグメントと接合材との接触面積やアンカー効果に及ぼす影響に着目し、良好な接合強度を得るために必要なアンカー効果を確保するとともに、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズに行えるだけの接触面積も確保するという観点からハニカムセグメントのベース基材の外壁表面の平均間隔Ｓを最適化したものである。

修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓを前記のような範囲とし、かつ、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を所定範囲とすることで、十分なアンカー効果を確保でき、ハニカムセグメントと接合材との間の良好な接合強度が得られるとともに、ハニカムセグメント外壁表面と無機粒子との接触面積を大きく保つことができ、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズになる。

この局部山頂の平均間隔Ｓが１０μｍ未満ではハニカムセグメントと接合材との接触面積が減少してしまい、両者間の熱の授受がスムーズに行えなくなる。一方、この局部山頂の平均間隔Ｓが１２５μｍを超えると十分なアンカー効果が得られず必要な接合強度が確保されない。

更に、本発明の第三及び第四のハニカム構造体においては、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度と熱の授受とのバランスをより良好にする観点から、本発明の第一及び第二のハニカム構造体と同様に、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａを０．４〜２０μｍとすることが好ましく、１〜１５μｍとすることがより好ましい。

また、本発明の第三及び第四のハニカム構造体においては、修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓを、修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓより０．１〜７０μｍ大きくすることが好ましく、１〜５０μｍ大きくすることがより好ましい。修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓをこのような範囲とすることにより、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界において、外壁表面と接合材との間で良好な接合強度が得られ、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界でセグメントと接合材の剥離が生じ難くなる。

また、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度と熱の授受とのバランスをより良好にする観点から、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓと算術平均表面粗さＲａとの比（Ｓ／Ｒａ）を１〜３５とすることが好ましく、３〜２５とすることがより好ましい。また、修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓと算術平均表面粗さＲａとの比（Ｓ／Ｒａ）を４〜４０とすることが好ましく、７〜３０とすることがより好ましい。

ハニカムセグメントの内、修飾部の形成される出口側の部位は、ＤＰＦの再生時に高温化しやすい部位であるため、接合強度よりもハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受のスムーズさが特性として優先される。一方、修飾部の形成部位を除いた入口側の部位については、修飾部に比して高温に晒され難いので、熱の授受のスムーズさよりも接合材との間の接合強度が特性として優先される。修飾部のＳ／Ｒａと、修飾部の形成部位を除いたベース基材のＳ／Ｒａとを、それぞれ前記好適範囲とすることで、各々の部位において優先される特性が発揮されやすくなり、各々の部位の役割分担により、ハニカムセグメントと接合材との間の良好な接合強度とスムーズな熱の授受とを同時に達成することが容易となる。

また、図１２と図１３との比較からわかるように、ハニカムセグメントの外壁８表面の局部山頂の間隔が大きくても、表面粗さがある程度以上大きくなる場合には、いわゆるブリッジが起こりやすくなると考えられるため、前記のように、外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓを算術平均表面粗さＲａとの関係において規定することは、より良好な接合状態を得るために有効である。

外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓや算術平均表面粗さＲａは、ベース基材の製造に用いる原料粒子や修飾部の形成に用いるスラリー中の粒子の粒子径分布、焼成条件等を制御することによって、所定の範囲となるよう調節することが可能である。また、外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓや算術平均表面粗さＲａは、一旦ハニカムセグメントを作製した後、その外壁にセラミック粒子等の粒子を含む下地材を塗布することにより変化させることができ、この下地材中の粒子の粒子径分布を調節することによって、局部山頂の平均間隔Ｓや算術平均表面粗さＲａを所定の範囲となるよう調節することも可能である。

更に、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度と熱の授受とのバランスを良好にする観点から、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を０．５〜３０μｍ、好ましくは１．０〜１５μｍとする。なお、本発明において、「平均粒子径」とは、ＪＩＳ Ｒ１６２９に準拠し、計測装置として（株）堀場製作所製のＬＡ−９２０（商品名）を使用して測定した５０％粒子径の値を意味するものとする。

接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径が０．５μｍ未満では無機粒子がハニカムセグメントの内部まで侵入してしまい、それにより接合材の材料比が変化して接合強度が減少する場合があり、３０μｍを超えるとハニカムセグメント外壁表面の凹部に無機粒子が入り込みにくくなって十分なアンカー効果が得られなくなったり、ハニカムセグメント外壁表面と無機粒子との接触面積が減少して、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受に支障をきたしたりする場合がある。接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を前記範囲内とすることは、ハニカムセグメントと接合材との間の必要な接合強度の確保しやすくするという点、及びそれらの間の熱の授受をスムーズにするという点との双方において効果的である。なお、無機粒子の平均粒子径が前記範囲内である場合、接合材にてハニカムセグメントを接合する際のハニカムセグメント外壁表面に対する無機粒子の挙動はほぼ同一である。

また、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、下記の方法により求められたせん断強度をＰ（単位：ｋＰａ）とし、セグメント間の温度差をＴ（単位：℃）としたとき、ＰとＴとが下式（１）の関係を満たすことが好ましい。
Ｔ＜０．４２３Ｐ−１６９．２ （１）
［せん断強度］
ハニカム構造体より、隣接する２本のセグメントを接合された状態のまま切り出し、一方のセグメントを固定し、もう一方のセグメントに対してその長軸方向から荷重をかけることにより測定する。
［セグメント間の温度差］
内部にススを堆積させたハニカム構造体をエンジンベンチに設置し、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、エンジントルク６０Ｎｍに保った状態でポストインジェクションを入れ、ハニカム構造体前後の圧力損失が低下しはじめたタイミングでポストインジェクションを切り、エンジン状態をアイドルに切り替えたときにおけるハニカム構造体内部の温度の履歴を測定する。温度計測点は、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントの端面方向中心部と、当該外周セグメントの内側に隣接する中央セグメントの端面方向中心部とのそれぞれにおける、ハニカム構造体の出口側端面から入口側端面に向かって１５ｍｍの位置であり、これら２つの温度計測点の内、前記中央セグメント内にある温度計測点の最高温度が１２００℃になるように、前記ススの堆積量を徐々に増加させて行き、前記中央セグメント内にある温度計測点の温度が１２００℃に達した時点までの各温度計測点における温度履歴中の最高温度の差を算出する。

前記のようにして求められたせん断強度とセグメント間の温度差とには、マクロ的に見て以下のようなメカニズムが存在する。すなわち、ハニカム構造体をＤＰＦに用いた場合において、その内部に不均一に堆積したスス（カーボン）を燃焼させてフィルター機能を再生するときの各セグメント間の燃焼温度差から発生する隣接するセグメント間の熱膨張差に着目すると、セグメント間の温度差が小さければ発生する熱膨張差に起因する内部せん断応力も小さいものとなり、ある程度せん断強度が低くとも破壊に至らず形状を保持し得る。また、ハニカムセグメント間の温度差が大きいためセグメント間の熱膨張差が大きくなり、それによって内部せん断応力が大きくなろうとも、セグメント間のせん断強度が十分に大きければ、これも破壊に至らず形状を保持し得る。

このようなメカニズムに基づいて、本発明者が検討した結果、前記のようにして測定されたせん断強度Ｐとセグメント間の温度差Ｔとが上式（１）の関係を満たしていれば、フィルター再生時に接合部が破断に至りにくく、良好な耐熱衝撃性を発揮することがわかった。

本発明の第一〜第四のハニカム構造体におけるベース基材の気孔率は、３０〜８０％であることが好ましく、４５〜８０％であることがより好ましい。ベース基材の気孔率が３０％未満では本発明のハニカム構造体をＤＰＦ等のフィルターに用いる場合に圧力損失が大きすぎ、８０％を超えるとフィルター再生時の最高温度が上昇しすぎて、実用上問題が生じる場合がある。また、ベース基材の平均細孔径は、５〜４０μｍであることが好ましく、５〜２０μｍであることがより好ましい。ベース基材の平均細孔径が５μｍ未満では、本発明のハニカム構造体をＤＰＦ等のフィルターに用いる場合に圧力損失が大きすぎ、４０μｍを超えるとＰＭを捕集するフィルター機能が低下しすぎて、実用上問題が生じる場合がある。

本発明の第一〜第四のハニカム構造体において、修飾部の気孔率は、ベース基材の気孔率より２〜２０％低い気孔率（ベース基材の気孔率から２〜２０％差し引いた値）であることが好ましく、３〜１２％低い気孔率であることがより好ましい。ベース基材の気孔率に対する修飾部の気孔率の減少量が２％未満では、修飾部の形成による効果、すなわちフィルター再生時における出口側端面付近の過剰な昇温を抑制する効果が十分に得られない場合があり、２０％を超えると圧力損失が大きくなり過ぎる場合がある。また、修飾部の平均細孔径は、ベース基材の平均細孔径より０．１〜１０μｍ小さい平均細孔径であることが好ましく、０．１〜５μｍ小さい平均細孔径であることがより好ましい。ベース基材の平均細孔径に対する修飾部の平均細孔径の減少量が０．１μｍ未満では、修飾部の形成による効果が十分に得られない場合があり、１０μｍを超えると、圧力損失が大きくなり過ぎる場合がある。

なお、本発明で規定する「気孔率」は、ベース基材の修飾部を形成していない部位又は修飾部を形成した部位から隔壁厚みの平板を試験片として切り出し、アルキメデス法で測定したものであり、「平均細孔径」は、ベース基材の修飾部を形成していない部位又は修飾部を形成した部位から所定形状（□５×１５ｍｍ）の試験片を切り出し、水銀ポロシメーターで測定したものである。

本発明の第一及び第三のハニカム構造体において、修飾部の長さ、気孔率及び平均細孔径は、ハニカム構造体を構成する全てのハニカムセグメントにおいて同一であっても良いし、前記限定範囲内であれば、ハニカム構造体を構成するセグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントと、その内側に位置する中央セグメントとで、修飾部の気孔率、平均細孔径及び長さの何れか１つ以上が異なっていても良い。

図１は、本発明に係る第一及び第三のハニカム構造体における修飾部の形成状態の一例を模式的に示す概略断面図である。この実施形態では、ハニカム構造体１の外周部に位置する外周セグメント２ａの修飾部７ａと、外周セグメント２ａの内側に位置する中央セグメント２ｂの修飾部７ｂとの長さが同一であり、これら修飾部７ａ、７ｂの気孔率と平均細孔径も同一である。通常は、このような実施形態で本発明の効果を十分に発揮させることができる。

図２は、本発明に係る第一及び第三のハニカム構造体における修飾部の形成状態の他の一例を模式的に示す概略断面図である。この実施形態では、ハニカム構造体１の外周部に位置する外周セグメント２ａの修飾部７ａと、外周セグメント２ａの内側に位置する中央セグメント２ｂの修飾部７ｂとの長さが同一であるが、中央セグメント２ｂの修飾部７ｂの方が外周セグメント２ａの修飾部７ａよりも気孔率と平均細孔径が低く（小さく）なるような構成としている。フィルターの再生時には出口側端面付近が温度上昇しやすいが、更にこの出口側端面付近においても、特に径方向の断面中央部は外部に熱が逃げにくく、外周部より温度上昇しやすい傾向にあるので、このように中央セグメント２ｂの修飾部７ｂをより緻密化して熱容量と熱伝導率を高め、温度分布の不均一による熱応力の発生を緩和することが好ましい。

図３は、本発明に係る第一及び第三のハニカム構造体における修飾部の形成状態の更に他の一例を模式的に示す概略断面図である。この実施形態では、ハニカム構造体１の外周部に位置する外周セグメント２ａの修飾部７ａと、外周セグメント２ａの内側に位置する中央セグメント２ｂの修飾部７ｂとの気孔率及び平均細孔径は同一であるが、中央セグメント２ｂの修飾部７ｂの方が外周セグメント２ａの修飾部７ａより長さが長くなるような構成としている。先述のとおり、出口側端面付近でも、特に径方向の断面中央部は外部に熱が逃げにくく、外周部より温度上昇しやすい傾向にあるので、このように中央セグメント２ｂの修飾部７ｂをより長くして熱容量と熱伝導率を高め、温度分布の不均一による熱応力の発生を緩和することが好ましい。

図４は、本発明に係る第二及び第四のハニカム構造体における修飾部の形成状態の一例を模式的に示す概略断面図である。この実施形態では、ハニカム構造体１の外周部に位置する外周セグメント２ａには修飾部が形成されておらず、外周セグメント２ａの内側に位置する中央セグメント２ｂにのみ修飾部７ｂが形成された構成としている。先述のとおり、出口側端面付近でも、特に径方向の断面中央部は外部に熱が逃げにくく、外周部より温度上昇しやすい傾向にあるので、このように中央セグメント２ｂにのみ修飾部７ｂを形成して熱容量と熱伝導率を高め、温度分布の不均一による熱応力の発生を緩和するのも好ましい形態である。

なお、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、ハニカム構造体の外周部を形成するのに必要な個数である限り、外周セグメントの個数は特に限定されず、また、外周セグメントの内側に存在する限り、中央セグメントの個数も特に限定されない。

本発明の第一〜第四のハニカム構造体におけるハニカムセグメントのベース基材の構成材料としては、強度、耐熱性等の観点から、炭化珪素、炭化珪素を骨材とし珪素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、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系金属からなる群より選択される少なくとも一種の材料を好適なものとして挙げることができる。また、図７のように、セルの開口部に目封止部を形成する場合、目封止部の構成材料には、ハニカムセグメントとの熱膨張差を小さくするため、ハニカムセグメントと同じ材料を用いることが好ましい。

ベース基材の製造方法には、従来公知の方法を用いることができる。具体的な方法の一例としては、前記のような材料に、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、造孔材、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、この坏土を所定のハニカム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、焼成する。セルに目封止部を形成する場合、前記焼成は、セルに目封止部を形成する前に行っても良いし、セルに目封止部を形成した後で、目封止部の焼成と一緒に行うようにしても良い。

セルを目封止する方法にも、従来公知の方法を用いることができる。具体的な方法の一例としては、ハニカムセグメントの端面にシートを貼り付けた後、当該シートの目封止しようとするセルに対応した位置に穴を開け、このシートを貼り付けたままの状態で、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、ハニカムセグメントの端面を浸漬し、シートに開けた孔を通じて、目封止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し、それを乾燥及び／又は焼成して硬化させる。

ベース基材の気孔率や平均細孔径は、材料の粒径、造孔材の粒径や添加量、焼成条件などによって調節することができる。

ＤＰＦに使用されるハニカム構造体は、全てのセルが同形状（通常は四角形）で同じ開口面積を持ち、それらが入口側端面と出口側端面とで市松模様を呈するよう交互に目封止され、入口側端面と出口側端面の開口率が同等であるのが一般的であるが、最近は、スート捕集後の圧力損失の上昇抑制等を目的として、入口側端面の開口率を出口側端面の開口率よりも大きくしたハニカム構造体も提案されており、本発明のハニカム構造体にも、このような構造を適用することができる。

図８及び図９は、入口側端面と出口側端面とで開口率が異なる目封止ハニカム構造体の実施形態の一例を示しており、図８は入口側端面の部分拡大図、図９は出口側端面の部分拡大図である。これらの図に示すように、この実施形態においては、四角形セル５ａとそれよりも開口面積の大きい八角形セル５ｂとが、各端面上の直交する二方向において交互に配列されており、四角形セル５ａについては入口側端面にて目封止部９による目封止が施され、八角形セル５ｂについては出口側端面にて目封止部９による目封止が施された状態になっている。このように入口側端面では開口面積の大きい八角形セル５ｂを開口させ、出口側端面では開口面積の小さい四角形セル５ａを開口させることで、入口側端面の開口率を出口側端面の開口率よりも大きくすることができる。

修飾部の形成は、例えば、ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含む修飾用スラリーを調製し、このスラリーにベース基材の一端面側から、修飾部を形成しようとする所定の長さまで浸漬して、スラリーを含浸、すなわちベース基材の隔壁の細孔内にスラリー中の粒子を充填させ、その後、熱処理を施すという方法より行うことができる。

修飾用スラリーには、最終的に隔壁に残存する成分であり、化学的に又は物理的に変化するものも、除去されるものでなければ含まれ得る。修飾用スラリーには、緻密化するための粒子として、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア、及びこれらの組合せよりなる群から選ばれるセラミックス、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、ニッケル系金属、又は金属ＳｉとＳｉＣ等の無機粉体を含むことが好ましい。更に、γアルミナ、セリア、ジルコニア、セリア系複合酸化物、ジルコニア系複合酸化物等のような、ハニカム構造体に触媒成分を担持させる際のウォッシュコートに含まれる粒子を用いることもできる。

また、この粒子の粒径は、ベース基材の平均細孔径の２〜６０％の大きさであることが好ましい。この粒子の平均粒子径が、ベース基材の平均細孔径の２％未満であると、隔壁の細孔内に充填されるべき粒子が細孔径に対し小さすぎる結果、細孔内に充分に充填することができないおそれがある。すなわち、細孔内に保持出来ず、素通りしてしまうことがあり、好ましくない。一方、ベース基材の平均細孔径の６０％を超えると、隔壁の細孔内に充填されるべき粒子が細孔径に対し大きすぎるので、細孔内に充填することができない（細孔内に入らない）おそれがあり、好ましくない。

修飾用スラリーは、このような粒子の他、粒子を細孔内面に結合させることが可能な結合材を含み、それらを水に希釈したものであることが好まく、更に、分散剤、消泡剤を適宜、含ませても良い。結合材としては、シリカゾル又はアルミナゾル等のコロイダルゾルや膨潤して結合性を示す層状化合物等が好適に使用できる。修飾スラリー含浸後の熱処理の条件は、修飾スラリーの組成によって、適宜、定めればよい。ベース基材と同じ組成の修飾スラリーで修飾を行う場合は、結合性を付与するため、ベース基材の焼成条件と同じ条件での熱処理が必要となる。コロイダルシリカ等の７００〜８００℃で強度が発現する材料を組み合わせると、低い温度での熱処理が可能となる。

ベース基材の気孔率に対する修飾部の気孔率の減少量や、ベース基材の平均細孔径に対する修飾部の平均細孔径の減少量は、修飾用スラリーに含まれる粒子の粒径や含有量、修飾用スラリーを含浸する回数などによって調節することができる。

本発明の第一〜第四のハニカム構造体において、ハニカムセグメントの隔壁の厚さは、７〜２０ｍｉｌ（１７８〜５０８μｍ）であることが好ましく、８〜１６ｍｉｌ（２０３〜４０６μｍ）であることがより好ましく、１０〜１２ｍｉｌ（２５４〜３０５μｍ）であることが更に好ましい。隔壁の厚さが７ｍｉｌ未満では強度が不足して耐熱衝撃性が低下する場合があり、一方、隔壁の厚さが２０ｍｉｌを超えると圧力損失が大きくなり過ぎる場合がある。

セル密度は、１４０〜３５０セル／ｉｎ^２（ｃｐｓｉ）であることが好ましく、１６０〜３２０ｃｐｓｉであることがより好ましく、２００〜３００ｃｐｓｉであることが更に好ましい。セル密度が１４０ｃｐｓｉ未満では流体との接触効率が不十分となる場合があり、一方、セル密度が３５０ｃｐｓｉを超えると圧力損失が増大し過ぎる場合がある。なお、「ｃｐｓｉ」は「ｃｅｌｌｓ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ」の略であり、１平方インチ当りのセル数を表す単位である。例えば１０ｃｐｓｉは、約１．５５セル／ｃｍ^２である。

セル形状（セル断面の形状）については、特に限定されることはなく、例えば、四角形、三角形、六角形、八角形等の多角形でも、丸形であっても良く、また、前記のように異なる形状のセルが組み合わされて配列されていても良い。

また、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、フィルター再生時のＰＭの燃焼を促進させたり、排ガス中の有害物質を浄化したりする目的で、隔壁に触媒成分を担持させるようにしても良い。隔壁に触媒成分を担持する方法としては、例えば、触媒成分を含む溶液を、アルミナ粉末のような高比表面積の耐熱性無機酸化物からなる粉末を含浸させた後、乾燥、焼成して、触媒成分を含有する粉末を得、この粉末にアルミナゾルや水などを加えて触媒スラリーを調製し、これにハニカムセグメント又はハニカム構造体を浸漬させて、スラリーをコートしてから、乾燥、焼成するといった方法を用いることができる。

触媒成分としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄからなる群より選択される一種以上の貴金属を用いることが好ましい。これら貴金属の担持量は、ハニカム構造体単位体積当たり、０．３〜３．５ｇ／Ｌとすることが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて更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１〜４及び比較例１〜８）
ＳｉＣ粉末及び金属Ｓｉ粉末を所定の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体に対し、その両端面が相補的な市松模様を呈するように、各セルの一端部に目封止部を形成した。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止部の形成を行った。目封止部の材料には、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうして目封止部を形成し、乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約４００℃で脱脂し、更に、Ａｒ雰囲気において約１４５０℃で焼成して、成形体中のＳｉＣ粒子をＳｉで結合させることにより、表１に示すような外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓ、算術平均表面粗さＲａ及びＳ／Ｒａを有し、隔壁の厚さが１２ｍｉｌ（３０５μｍ）、セル形状が正方形、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ^２（３００セル／平方インチ）、断面が一辺３５ｍｍの正方形、軸方向の長さが１５２ｍｍである四角柱状のハニカムセグメントのベース基材を得た。なお、ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓ、算術平均表面粗さＲａ、Ｓ／Ｒａの値の調節は、主に坏土の原料に用いたＳｉＣ粉末、金属Ｓｉ粉末及び造孔材の粒子径分布及び量を調節することにより行った。例えば、実施例１では、平均粒径１５μｍのＳｉＣ粉末を６５質量％、平均粒径６μｍの金属Ｓｉ粉末を１６質量％、平均粒径２５μｍの造孔材を１９質量％の割合で混合し、３．０μｍのＲａと、３４μｍのＳを得た。また、実施例４では、平均粒径７０μｍのＳｉＣ粉末を６５質量％、平均粒径６μｍの金属Ｓｉ粉末を１６質量％、平均粒径５０μｍの造孔材を１９質量％の割合で混合し、１８．０μｍのＲａと、１０１μｍのＳを得た。

次に、所定のＳｉＣ粒子１５０質量部に、コロイダルシリカ（固形分４０％の溶液）１５０質量部と、水２００質量部とを加え、よく撹拌して、修飾用スラリーを調製した。なお、この調製に際し、分散剤、消泡剤を適宜加えた。こうして得られた修飾用スラリーに、前記ベース基材を、一方の端面からベース基材全長の１／２の長さまで浸漬させ、その後、エアーブローによって過剰なスラリーを除去した。次いで、スラリーを乾燥させた後、７００℃で熱処理を施し、ベース基材の全長に対して１／２の長さを持つとともに、表１に示すような外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓ、算術平均表面粗さＲａ及びＳ／Ｒａを有する修飾部を形成して、ハニカムセグメントを作製した。なお、修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓ、算術平均表面粗さＲａ、Ｓ／Ｒａの値の調節は、主に修飾用スラリーの原料に用いたＳｉＣ粉末の粒子径分布を調節することにより行った。例えば、実施例１では、平均粒径０．４μｍのＳｉＣ粉末を使用し、３．９μｍのＲａと、４２μｍのＳを得た。また、実施例４では、平均粒径０．８μｍのＳｉＣ粉末を使用し、１９．５μｍのＲａと、１２１μｍのＳを得た。

次いで、無機粒子として表１に示す平均粒子径のＳｉＣ粉末を用い、これにアルミノシリケート質繊維、シリカゾル水溶液及び粘土を混合したものに、更に水を加え、ミキサーを用いて３０分間混練を行い、ペースト状の接合材を得た。この接合材を、前記ハニカムセグメントの外周面に、厚さ約１ｍｍとなるように塗布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、４個×４個に組み合わされた合計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た。そして、適宜、外部より圧力を加えるなどして全体を接合させた後、１２０℃で２時間乾燥させてハニカムセグメント接合体を得た。このハニカムセグメント接合体の外形が円柱状になるように、その外周を研削加工した後、その加工面に接合材と同じ組成のコーティング材を塗布して外周壁を再形成し、７００℃で２時間乾燥硬化させ、実施例１〜４及び比較例１〜８のハニカム構造体を得た。

こうして作製された実施例１〜４及び比較例１〜８のハニカム構造体について、次の方法で、接合部のせん断強度及びセグメント間の温度差を調べた。その結果を表１に示す。なお、各実施例及び比較例において、接合部のせん断強度の測定に用いたハニカム構造体と、セグメント間の温度差の測定に用いたハニカム構造体とは、同一の方法で作製した別の個体である。すなわち、各実施例及び比較例毎に、２体のハニカム構造体を作製し、その内の一方を接合部のせん断強度の測定に用い、他方をセグメント間の温度差の測定に用いた。

［せん断強度］
ハニカム構造体より、隣接する２本のハニカムセグメントを接合された状態のまま切り出し、一方のハニカムセグメントを固定し、もう一方のハニカムセグメントに対して長軸方向から荷重Ｆをかけることにより測定した。

［セグメント間の温度差］
ススを堆積させたハニカム構造体をエンジンベンチに設置し、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、エンジントルク６０Ｎｍに保った状態でポストインジェクションを入れ、ハニカム構造体前後の圧力損失が低下しはじめたタイミングでポストインジェクションを切り、エンジン状態をアイドルに切り替えたときにおけるハニカム構造体内部の温度の履歴を測定した。スス量は計測点の最高温度が１２００℃になるように徐々に増加させ、１２００℃の場合のデータを用いた。図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、温度計測点２０、２１は、ハニカム構造体１の外周部に位置する外周セグメント２ａの中心部（外周から中心に向かって２０ｍｍの位置）と、その内側に隣接する中央セグメント２ｂの中心部とにおける、ハニカム構造体１の後端（出口側端面１１）から前端（入口側端面１０）に向かって１５ｍｍの位置であり、各温度計測点２０、２１における温度履歴中の最高温度の差を算出することにより求めた。

（考察）
前記のようにして求められたセグメント間の温度差をＴ、せん断強度をＰとしたとき、これらが上式（１）の関係を満たせば、フィルター再生時に破壊に至りにくく、良好な耐熱衝撃性を発揮することは先述のとおりである。本発明の範囲に含まれる実施例１〜４は、せん断強度とセグメント間の温度差が上式（１）の関係を満たしており、再生時において良好な耐熱衝撃性を発揮し得るものであった。一方、ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが本発明の限定範囲の下限に満たない比較例１及び２、ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが本発明の限定範囲の上限を超える比較例７及び８、ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが本発明の限定範囲の下限に満たない比較例３及び５、ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが本発明の限定範囲の上限を超える比較例４及び６は、せん断強度とセグメント間の温度差が上式（１）の関係を満たしておらず、再生時において内部せん断応力により破壊に至るおそれがある。

（実施例５〜１０、参考例１及び比較例９〜１６）
ＳｉＣ粉末及び金属Ｓｉ粉末を所定の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体に対し、その両端面が相補的な市松模様を呈するように、各セルの一端部に目封止部を形成した。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止部の形成を行った。目封止部の材料には、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうして目封止部を形成し、乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約４００℃で脱脂し、更に、Ａｒ雰囲気において約１４５０℃で焼成して、成形体中のＳｉＣ粒子をＳｉで結合させることにより、表２に示すような気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓ、算術平均表面粗さＲａ及びＳ／Ｒａを有し、隔壁の厚さが１２ｍｉｌ（３０５μｍ）、セル形状が正方形、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ^２（３００セル／平方インチ）、断面が一辺３５ｍｍの正方形、軸方向の長さが１５２ｍｍである四角柱状のハニカムセグメントのベース基材を得た。なお、ベース基材の気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓ、算術平均表面粗さＲａ、Ｓ／Ｒａの値の調節は、主に坏土の原料に用いたＳｉＣ粉末、金属Ｓｉ粉末及び造孔材の粒子径分布及び量を調節することにより行った。具体的には、平均粒径１５μｍのＳｉＣ粉末を６５質量％、平均粒径６μｍの金属Ｓｉ粉末を１６質量％、平均粒径３０μｍの造孔材を１９質量％の割合で混合し、３．１μｍのＲａと、４９μｍのＳを得た。

次に、所定のＳｉＣ粒子１５０質量部に、コロイダルシリカ（固形分４０％の溶液）１５０質量部と、水２００質量部とを加え、よく撹拌して、修飾用スラリーを調製した。なお、この調製に際し、分散剤、消泡剤を適宜加えた。こうして得られた修飾用スラリーに、前記ベース基材を、一方の端面からベース基材全長の１／２の長さまで浸漬させ、その後、エアーブローによって過剰なスラリーを除去した。次いで、スラリーを乾燥させた後、７００℃で熱処理を施し、ベース基材の全長に対して１／２の長さを持つとともに、表２に示すような気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓ、算術平均表面粗さＲａ及びＳ／Ｒａを有する修飾部を形成して、ハニカムセグメントを作製した。なお、修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓ、算術平均表面粗さＲａ、Ｓ／Ｒａの値の調節は、主に修飾用スラリーの原料に用いたＳｉＣ粉末の粒子径分布を調節することにより行った。例えば、実施例５では、平均粒径０．８μｍのＳｉＣ粉末を使用し、４．７μｍのＲａと、７０μｍのＳを得た。また、実施例８では、平均粒径２μｍのＳｉＣ粉末を使用し、７．３μｍのＲａと、９５μｍのＳを得た。

次いで、無機粒子として表２に示す平均粒子径のＳｉＣ粉末を用い、これにアルミノシリケート質繊維、シリカゾル水溶液及び粘土を混合したものに、更に水を加え、ミキサーを用いて３０分間混練を行い、ペースト状の接合材を得た。この接合材を、前記ハニカムセグメントの外周面に、厚さ約１ｍｍとなるように塗布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、４個×４個に組み合わされた合計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た。そして、適宜、外部より圧力を加えるなどして全体を接合させた後、１２０℃で２時間乾燥させてハニカムセグメント接合体を得た。このハニカムセグメント接合体の外形が円柱状になるように、その外周を研削加工した後、その加工面に接合材と同じ組成のコーティング材を塗布して外周壁を再形成し、７００℃で２時間乾燥硬化させ、実施例５〜１０、参考例１及び比較例９〜１６のハニカム構造体を得た。

こうして作製された実施例５〜１０、参考例１及び比較例９〜１６のハニカム構造体について、前述の方法で接合部のせん断強度及びセグメント間の温度差を求めるとともに、次の方法で、剥離の有無を調べた。その結果を表２に示す。

［剥離の有無］
ハニカム構造体より、接合材と当該接合材により接合された隣接する２本のハニカムセグメントの外壁部を接合された状態のまま切り出し、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界における外壁表面と接合材との接合状態をマイクロスコープにより観察して、剥離の有無を調べた。

（考察）
参考例１と本発明の範囲に含まれる実施例５〜１０は、せん断強度とセグメント間の温度差が上式（１）の関係を満たしており、再生時において良好な耐熱衝撃性を発揮し得るものであった。一方、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径が本発明の限定範囲の下限に満たない比較例９、１１、１３及び１５並びに接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径が本発明の限定範囲の上限を超える比較例１０、１２、１４及び１６は、せん断強度とセグメント間の温度差が上式（１）の関係を満たしておらず、再生時において内部せん断応力により破壊に至るおそれがある。更に、比較例９及び１３は、クラック限界も低いものであった。

本発明は、ＤＰＦ等の集塵用フィルターとして好適に使用することができる。

１：ハニカム構造体、２：ハニカムセグメント、２ａ：外周セグメント、２ｂ：中央セグメント、３：隔壁、５：セル、５ａ：四角形セル、５ｂ：八角形セル、７：修飾部、７ａ：修飾部、７ｂ：修飾部、８：外壁、９：目封止部、１０：入口側端面、１１：出口側端面、１５：無機粒子、２０：温度計測点、２１：温度計測点。

Claims (16)

1. 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該２つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記２つの端面間に多孔質体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とを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、
   前記セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、
   前記修飾部は、前記セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記セグメント全長の１／１０〜１／２の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが０．４〜２０μｍであり、前記修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａより０．０１〜７．５μｍ大きく、前記無機粒子の平均粒子径が０．５〜３０μｍであるハニカム構造体。
2. 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該２つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記２つの端面間に多孔質体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とを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、
   前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材のみからなり、
   前記外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、前記ベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、
   前記修飾部は、前記中央セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記中央セグメント全長の１／１０〜１／２の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが０．４〜２０μｍであり、前記無機粒子の平均粒子径が０．５〜３０μｍであるハニカム構造体。
3. 前記修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さＲａが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さＲａより０．０１〜７．５μｍ大きい請求項２に記載のハニカム構造体。
4. 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該２つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記２つの端面間に多孔質体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とを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、
   前記セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、
   前記修飾部は、前記セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記セグメント全長の１／１０〜１／２の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが１０〜１２５μｍであり、前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓより０．１〜７０μｍ大きく、前記無機粒子の平均粒子径が０．５〜３０μｍであるハニカム構造体。
5. 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該２つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記２つの端面間に多孔質体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とを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、
   前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材のみからなり、
   前記外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、前記ベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、
   前記修飾部は、前記中央セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記中央セグメント全長の１／１０〜１／２の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが１０〜１２５μｍであり、前記無機粒子の平均粒子径が０．５〜３０μｍであるハニカム構造体。
6. 前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓより０．１〜７０μｍ大きい請求項５に記載のハニカム構造体。
7. 全ての前記セグメントにおいて、前記修飾部の長さ、気孔率及び平均細孔径が同一である請求項１又は４に記載のハニカム構造体。
8. 前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントと、その内側に位置する中央セグメントとで、前記修飾部の長さ、気孔率及び平均細孔径の何れか１つ以上が異なっている請求項１又は４に記載のハニカム構造体。
9. 前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓと算術平均表面粗さＲａとの比（Ｓ／Ｒａ）が１〜３５であり、前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Ｓと算術平均表面粗さＲａとの比（Ｓ／Ｒａ）が４〜４０である請求項１〜８の何れか一項に記載のハニカム構造体。
10. 下記の方法により求められたせん断強度をＰ（単位：ｋＰａ）とし、セグメント間の温度差をＴ（単位：℃）としたとき、ＰとＴとが下式（１）の関係を満たす請求項１〜９の何れか一項に記載のハニカム構造体。
    Ｔ＜０．４２３Ｐ−１６９．２ （１）
    ［せん断強度］
    ハニカム構造体より、隣接する２本のセグメントを接合された状態のまま切り出し、一方のセグメントを固定し、もう一方のセグメントに対してその長軸方向から荷重をかけることにより測定する。
    ［セグメント間の温度差］
    内部にススを堆積させたハニカム構造体をエンジンベンチに設置し、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、エンジントルク６０Ｎｍに保った状態でポストインジェクションを入れ、ハニカム構造体前後の圧力損失が低下しはじめたタイミングでポストインジェクションを切り、エンジン状態をアイドルに切り替えたときにおけるハニカム構造体内部の温度の履歴を測定する。温度計測点は、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントの端面方向中心部と、当該外周セグメントの内側に隣接する中央セグメントの端面方向中心部とのそれぞれにおける、ハニカム構造体の出口側端面から入口側端面に向かって１５ｍｍの位置であり、これら２つの温度計測点の内、前記中央セグメント内にある温度計測点の最高温度が１２００℃になるように、前記ススの堆積量を徐々に増加させて行き、前記中央セグメント内にある温度計測点の温度が１２００℃に達した時点までの各温度計測点における温度履歴中の最高温度の差を算出する。
11. 前記修飾部の気孔率が、前記ベース基材の気孔率より２〜２０％低い請求項１〜１０の何れか一項に記載のハニカム構造体。
12. 前記修飾部の平均細孔径が、前記ベース基材の平均細孔径より０．１〜１０μｍ小さい請求項１〜１１の何れか一項に記載のハニカム構造体。
13. 前記ベース基材の気孔率が３０〜８０で、平均細孔径が５〜４０μｍである請求項１〜１２の何れか一項に記載のハニカム構造体。
14. 所定の前記セルの開口部を前記入口側端面で目封止するとともに、残余の前記セルの開口部を前記出口側端面で目封止する目封止部を備えた請求項１〜１３の何れか一項に記載のハニカム構造体。
15. 前記入口側端面の開口率が、前記出口側端面の開口率より大きい請求項１４に記載のハニカム構造体。
16. 前記隔壁に触媒成分が担持された請求項１〜１５の何れか一項に記載のハニカム構造体。

Images