CN115501709A - 蜂窝过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供蜂窝过滤器，针对废气中的粒子状物质的捕集性优异，并且能够有效地抑制使用时压力损失上升。蜂窝过滤器具备：柱状的蜂窝基材(4)、在隔室(2)的任一方开口端部所配设的封孔部(5)，在与隔室(2)延伸的方向正交的截面中，隔室(2)的形状为六边形，隔壁(1)包括：配设于流入隔室(2a)与流出隔室(2b)之间的第一隔壁(1a)、以及配设于流入隔室(2a)彼此之间的第二隔壁(1b)，在第一隔壁(1a)的表面具有用于对废气中的粒子状物质进行捕集的多孔质的捕集层(6)，且在第二隔壁(1b)的表面不具有捕集层(6)、或者具有厚度比在第一隔壁(1a)的表面所配设的捕集层(6)的厚度薄的捕集层(6)。

Description

蜂窝过滤器
技术领域
本发明涉及蜂窝过滤器。更详细而言，涉及针对废气中的粒子状物质的捕集性优异、且能够有效地抑制使用时压力损失上升的蜂窝过滤器。
背景技术
在各种产业中，作为动力源，采用内燃机。另一方面，内燃机在燃料燃烧时排出的废气中包含有氮氧化物等有毒气体、以及烟灰及灰分等粒子状物质。以下，有时将粒子状物质称为“PM”。“PM”是“Particulate Matter”的简称。近年来，与从柴油发动机中排出的PM的除去相关的限制在全球变得严格，作为用于除去PM的过滤器，例如采用具有蜂窝结构的壁流(Wall flow)型的过滤器。
作为壁流型的过滤器，提出了各种蜂窝过滤器，该蜂窝过滤器具备：蜂窝基材，其通过多孔质的隔壁而区划形成成为流体流路的多个隔室；以及封孔部，其配设于多个隔室的任一方开口部。该蜂窝过滤器中，例如在流出端面侧配设有封孔部的流入隔室和在流入端面侧配设有封孔部的流出隔室隔着隔壁而配置，将流入隔室和流出隔室隔开的多孔质的隔壁成为除去PM的过滤体。
以往，作为烟灰产生量较多的柴油发动机用的蜂窝过滤器，例如还提出了如下隔室结构的蜂窝过滤器，其中，在蜂窝过滤器的与隔室延伸的方向正交的截面中，包括流入隔室彼此相邻的隔室排列(例如参见专利文献1)。对于该隔室结构的蜂窝过滤器，在与隔室延伸的方向正交的截面中，存在将流入隔室和流出隔室区划开的隔壁(以下也称为“IN－OUT隔壁”)和将流入隔室彼此区划开的隔壁(以下也称为“IN－IN隔壁”)。具有该IN－IN隔壁的蜂窝过滤器能够抑制使用初期阶段的压力损失上升，并且，能够使灰分(Ash)等粒子状物质堆积在隔壁上时的压力损失大幅降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015－29937号公报
发明内容
关于汽车等的发动机用的蜂窝过滤器，今后根据废气限制的强化而要求进一步的捕集性能和低压力损失。因此，对于蜂窝过滤器研究了HEX结构的应用，该HEX结构中，由流入隔室构成的Inlet通道的容量较多，积存有大量的从发动机中排出的粒子状物质。此处，“HEX结构”是指：构成为与隔室延伸的方向正交的截面中的隔室形状为六边形的结构。通过采用像这样的HEX结构的蜂窝过滤器，在相同过滤器尺寸的情况下，当堆积有粒子状物质时，与四角隔室的蜂窝过滤器相比，能够维持大量的有效过滤器体积。因此，HEX结构的蜂窝过滤器能够抑制压力损失上升。另一方面，使Inlet通道的容量增多了的HEX结构的蜂窝过滤器具有上述的IN－IN隔壁，因此，在粒子状物质较少的状态下，气体不易从IN－IN隔壁通过，无法发挥出充分的性能。为了将IN－IN隔壁作为气体流路加以利用，需要在IN－OUT隔壁堆积某种程度的烟灰，使IN－OUT隔壁的透过阻力升高。即，如果仍处于IN－OUT隔壁的透过阻力较低的状态，则流入隔室内的废气优先透过IN－OUT隔壁。因此，在如上所述的IN－OUT隔壁的透过阻力升高某种程度之前，无法将IN－IN隔壁作为气体流路充分利用。
另外，将IN－IN隔壁作为气体流路加以利用的情况下，从IN－IN隔壁内通过的气体相对于隔壁表面而沿水平方向在隔壁内移动，因此，为了将IN－IN隔壁作为气体流路加以有效利用，需要降低IN－IN隔壁的透过阻力。例如，通过使IN－IN隔壁的气孔率升高、或者使细孔径增大，能够降低IN－IN隔壁的透过阻力。但是，蜂窝过滤器中，IN－IN隔壁和IN－OUT隔壁是通过挤出一体成型而制作的，因此，很难仅变更IN－IN隔壁的气孔率等细孔特性。例如，如果使IN－OUT隔壁的细孔特性与IN－IN隔壁的细孔特性相同，则在烟灰堆积而导致透过阻力升高之前，气体集中于IN－OUT隔壁，因透过阻力较低的细孔特性而使得PM的捕集效率显著降低。
另外，以往还提出了在蜂窝过滤器的隔壁表面配设用于捕集PM的捕集层的技术。例如，捕集层由平均细孔径小于隔壁的平均细孔径的多孔质膜构成。但是，像这样的捕集层需要用于制作捕集层的原材料及制作时间，因此，即便应用于如上所述的蜂窝过滤器，也具有就成本效益等方面很难得到充分的效果的问题。
本发明是鉴于像这样的现有技术所具有的问题而实施的。本发明提供一种蜂窝过滤器，其针对废气中的粒子状物质的捕集性优异，并且，能够降低使用初期的压力损失，且有效地抑制灰分堆积后的压力损失上升。
根据本发明，提供以下示出的蜂窝过滤器。
[1]一种蜂窝过滤器，其特征在于，具备：
柱状的蜂窝基材，该蜂窝基材具有配设成包围多个隔室的多孔质的隔壁，该多个隔室从流入端面延伸至流出端面；以及
封孔部，该封孔部配置成将所述隔室的所述流入端面侧或所述流出端面侧的任一者的端部密封，
在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，所述隔室的形状为六边形，
将在所述流出端面侧的端部配设有所述封孔部且所述流入端面侧呈开口的所述隔室设为流入隔室，
将在所述流入端面侧的端部配设有所述封孔部且所述流出端面侧呈开口的所述隔室设为流出隔室，
所述隔壁包括：配设于所述流入隔室与所述流出隔室之间的第一隔壁、以及配设于所述流入隔室彼此之间的第二隔壁，
在所述第一隔壁的表面具有用于对废气中的粒子状物质进行捕集的多孔质的捕集层，且在所述第二隔壁的表面不具有所述捕集层、或者具有厚度比在所述第一隔壁的表面所配设的所述捕集层的厚度薄的捕集层。
[2]根据所述[1]中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述蜂窝过滤器具有：多个所述流入隔室将1个所述流出隔室的周围包围的隔室结构。
[3]根据所述[1]或[2]中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
在所述第二隔壁的表面所配设的所述捕集层的厚度T2相对于在所述第一隔壁的表面所配设的所述捕集层的厚度T1的比率为14％以下。
[4]根据所述[1]～[3]中的任一项中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
在所述第一隔壁的表面所配设的所述捕集层的厚度T1为10～70μm。
[5]根据所述[1]～[4]中的任一项中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述隔壁的厚度为152～305μm。
[6]根据所述[1]～[5]中的任一项中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述隔壁的气孔率为41～65％。
[7]根据所述[1]～[6]中的任一项中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述捕集层包含选自由堇青石、SiC、多铝红柱石、钛酸铝、氧化铝、氮化硅、硅铝氧氮陶瓷、磷酸锆、氧化锆、二氧化钛及二氧化硅构成的组中的至少1种以上。
[8]根据所述[1]～[7]中的任一项中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述捕集层的平均细孔径为0.1～10μm。
发明效果
本发明的蜂窝过滤器发挥如下效果，即，针对废气中的粒子状物质的捕集性优异，并且，能够降低使用初期的压力损失，且有效地抑制灰分堆积后的压力损失上升。
即，本发明的蜂窝过滤器中，构成蜂窝基材的隔壁包括：配设于流入隔室与流出隔室之间的第一隔壁(即，IN－OUT隔壁)、以及配设于流入隔室彼此之间的第二隔壁(即，IN－IN隔壁)。并且，在第一隔壁的表面具有用于对废气中的粒子状物质进行捕集的多孔质的捕集层。在第二隔壁的表面不具有捕集层，或者具有厚度比在第一隔壁的表面所配设的捕集层的厚度薄的捕集层。像这样构成的蜂窝过滤器能够使PM堆积在配设于第一隔壁的捕集层的表面上，因此，灰分堆积后，PM不易将隔壁的细孔内堵塞，能够有效地抑制由PM将隔壁的细孔内堵塞所引起的压力损失急剧上升。当然，通过相对于第一隔壁而设置捕集层，还能够使捕集PM时的捕集效率提高。此外，通过相对于第一隔壁的表面而优先设置捕集层，能够使第一隔壁的透过阻力相对升高，即便在烟灰等粒子状物质堆积之前的使用初期状态下，也能够将第二隔壁作为气体流路有效地利用。据此，蜂窝过滤器的使用初期的压力损失也能够有效地降低。例如，关于用于捕集PM的捕集层，以往已知有前文所提及的抑制由PM将隔壁的细孔内堵塞所引起的压力损失急剧上升的效果，不过，通过使第二隔壁(IN－IN隔壁)的捕集层的厚度相对变薄，还能够使使用初期的压力损失降低。通过使第二隔壁(IN－IN隔壁)的捕集层的厚度相对变薄，能够减少用于制作捕集层的原材料及制作时间，就成本效益等方面也能够得到极其优异的效果。例如，没有相对于第二隔壁(IN－IN隔壁)配设捕集层的情况下，用于制作捕集层的原材料有一半即可，尽管如此，关于由捕集层带来的压力损失降低的效果，能够得到与相对于全部隔壁设置有均等厚度的捕集层的情形相同程度的效果。即，本发明的蜂窝过滤器能够得到远远超越用于制作捕集层的原材料的降低量等的较高效果。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的一个实施方式的从流入端面侧观察的立体图。
图2是示意性地表示图1所示的蜂窝过滤器的流入端面的平面图。
图3是将图2所示的流入端面的一部分放大的放大平面图。
图4是示意性地表示图1所示的蜂窝过滤器的流出端面的平面图。
图5是示意性地表示图2的A－A’截面的截面图。
图6是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的另一实施方式的流入端面的平面图。
图7是将图6所示的流入端面的一部分放大的放大平面图。
图8是示意性地表示图6的B－B’截面的截面图。
图9是将图5所示的隔壁及捕集层的一部分放大的放大截面图。
图10是将图9所示的捕集层的一部分进一步放大的放大截面图。
图11是表示与隔壁表面垂直的方向上的位置和扫描型电子显微镜(SEM)照片内切圆直径之间的关系的曲线图。
符号说明
1：隔壁、1a：第一隔壁、1b：第二隔壁、2：隔室、2a：流入隔室、2b：流出隔室、3：外周壁、4：蜂窝基材、5：封孔部、6：捕集层、6a：捕集层(IN－OUT捕集层)、6b：捕集层(IN－IN捕集层)、11：流入端面、12：流出端面、17：固体部分、19：空隙部分、21：内切圆、100：蜂窝过滤器、K：3次曲线(最小二乘近似3次曲线)、L：捕集层深度、T1：捕集层的厚度、T2：捕集层的厚度。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。不过，本发明并不限定于以下的实施方式。因此，应当理解：在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的通常知识，可以对以下的实施方式加以适当变更、改良等。
(1)蜂窝过滤器：
参照图1～图5，对本发明的蜂窝过滤器的一个实施方式进行说明。此处，图1是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的一个实施方式的从流入端面侧观察的立体图。图2是示意性地表示图1所示的蜂窝过滤器的流入端面的平面图。图3是将图2所示的流入端面的一部分放大的放大平面图。图4是示意性地表示图1所示的蜂窝过滤器的流出端面的平面图。图5是示意性地表示图2的A－A’截面的截面图。
如图1～图5所示，蜂窝过滤器100具备：蜂窝基材4以及封孔部5。蜂窝基材4呈现具有流入端面11及流出端面12的柱状。蜂窝基材4具有配设成包围多个隔室2的多孔质的隔壁1，该多个隔室2从流入端面11延伸至流出端面12。图1等所示的蜂窝基材4中，还具有配设成围绕隔壁1的外周壁3。应予说明，本发明中，隔室2是指：由隔壁1包围的空间。多个隔室2成为流体的流路。
封孔部5配设于在蜂窝基材4所形成的隔室2的流入端面11侧或流出端面12侧的任一者的端部，且将隔室2的开口部密封。以下，将在流出端面12侧的端部配设有封孔部5的隔室2称为“流入隔室2a”。将在流入端面11侧的端部配设有封孔部5的隔室2称为“流出隔室2b”。
对于蜂窝过滤器100，在蜂窝基材4的与隔室2延伸的方向正交的截面中，隔室2的形状为六边形。并且，蜂窝过滤器100具有一个流入隔室2a和另一个流入隔室2a夹着隔壁1而相邻的隔室结构。此处，隔室结构是指：由多孔质的隔壁1区划形成的多个隔室2的排列图案。即，蜂窝过滤器100在蜂窝基材4的上述截面中的隔室2的排列图案中具有流入隔室2a彼此夹着隔壁1而相邻这样的排列图案。特别是，蜂窝过滤器100中，隔室2的形状为六边形，因此，优选具有多个(例如6个)流入隔室2a将1个流出隔室2b的周围包围的隔室结构。
构成蜂窝基材4的隔壁1包括：配设于流入隔室2a与流出隔室2b之间的第一隔壁1a、以及配设于流入隔室2a彼此之间的第二隔壁1b。即，在如上所述的流入隔室2a彼此相邻的隔室结构中，除了存在将流入隔室2a和流出隔室2b区划开的第一隔壁1a以外，还存在作为将流入隔室2a彼此区划开的隔壁1的如上所述的第二隔壁1b。以下，有时把将流入隔室2a彼此区划开的第二隔壁1b称为“IN－IN隔壁”，另外，有时把将流入隔室2a和流出隔室2b区划开的第一隔壁1a称为“IN－OUT隔壁”。
本实施方式的蜂窝过滤器100中，在第一隔壁1a(即，IN－OUT隔壁)的表面具有用于对废气中的粒子状物质进行捕集的多孔质的捕集层6。另一方面，在第二隔壁1b(IN－IN隔壁)的表面不具有捕集层6、或者具有厚度比在第一隔壁1a的表面所配设的捕集层6的厚度薄的捕集层6。
例如，图1～图5所示的蜂窝过滤器100中，第二隔壁1b(IN－IN隔壁)具有厚度比在第一隔壁1a的表面所配设的捕集层6(IN－OUT捕集层6a)的厚度薄的捕集层6(IN－IN捕集层6b)。图1～图5所示的蜂窝过滤器100示出在第二隔壁1b的表面具有厚度相对薄的捕集层6时的例子，不过，例如，也可以像图6～图8所示的蜂窝过滤器100A那样在第二隔壁1b的表面不具有捕集层6。此处，图6是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的另一实施方式的流入端面的平面图。图7是将图6所示的流入端面的一部分放大的放大平面图。图8是示意性地表示图6的B－B’截面的截面图。
以下，参照图1～图5进行蜂窝过滤器100的说明的情况下，第二隔壁1b的表面处的厚度相对薄的捕集层6(IN－IN捕集层6b)包含像图6～图8那样在第二隔壁1b的表面不具有捕集层6的形态。即，如图3所示，将在第一隔壁1a的表面所配设的IN－OUT捕集层6a的厚度设为厚度T1(μm)，将在第二隔壁1b的表面所配设的IN－IN捕集层6b的厚度设为厚度T2(μm)的情况下，蜂窝过滤器100如下构成即可。首先，实质上存在IN－IN捕集层6b的情况下，IN－IN捕集层6b的厚度T2(μm)需要小于IN－OUT捕集层6a的厚度T1(μm)。不过，由于包含实质上不存在IN－IN捕集层6b的形态，所以，IN－IN捕集层6b的厚度T2(μm)的最小值为不存在IN－IN捕集层6b时的0μm。
蜂窝过滤器100能够使PM堆积在配设于第一隔壁1a的捕集层6的表面上，因此，灰分堆积后，PM不易将第一隔壁1a的细孔内堵塞。因此，能够有效地抑制由PM将第一隔壁1a的细孔内堵塞所引起的压力损失急剧上升。当然，通过相对于第一隔壁1a而设置捕集层6，还能够使捕集PM时的捕集效率提高。此外，通过相对于第一隔壁1a的表面而优先设置捕集层6，能够使第一隔壁1a的透过阻力相对升高，即便在烟灰等粒子状物质堆积之前的使用初期状态下，也能够将第二隔壁1b作为气体流路有效地利用。据此，蜂窝过滤器100的使用初期的压力损失也能够有效地降低。例如，关于用于捕集PM的捕集层6，以往已知有抑制由PM将隔壁1的细孔内堵塞所引起的压力损失急剧上升的效果，不过，通过使第二隔壁1b(即，IN－IN隔壁)的捕集层6b的厚度相对变薄，还能够使使用初期的压力损失降低。通过使第二隔壁1b的捕集层6b的厚度相对变薄，能够减少用于制作捕集层6的原材料及制作时间，就成本效益等方面也能够得到极其优异的效果。例如，没有相对于第二隔壁1b配设捕集层6的情况下，用于制作捕集层6的原材料有一半即可，尽管如此，关于由捕集层6(特别是IN－OUT捕集层6a)带来的压力损失降低的效果，能够得到与相对于全部隔壁1设置有均等厚度的捕集层6的情形相同程度的效果。即，蜂窝过滤器100能够得到远远超越用于制作捕集层6的原材料的降低量等的较高效果。
捕集层6为对废气中包含的PM进行捕集并除去的层，其配设于隔壁1的表面上。优选利用以比隔壁1的平均细孔径小的平均粒径构成的粒子组在隔壁1上形成捕集层6。通过像这样构成，能够使捕集层6的平均细孔径小于隔壁1的平均细孔径，能够以捕集层6良好地捕集PM。构成捕集层6的原料粒子的平均粒径优选为0.1μm以上且10μm以下。例如，通过使平均粒径为0.1μm以上，能够充分确保构成捕集层6的粒子的粒子间的空间尺寸，从而能够维持捕集层6的透过性且抑制蜂窝过滤器100的压力损失急剧上升。通过使平均粒径为10μm以下，能够充分确保粒子彼此的接触点，粒子间的结合强度升高，能够有效地抑制捕集层6自隔壁1的剥离。
捕集层6的材料没有特别限制，例如可以举出包含选自由堇青石、SiC、多铝红柱石、钛酸铝、氧化铝、氮化硅、硅铝氧氮陶瓷、磷酸锆、氧化锆、二氧化钛及二氧化硅构成的组中的1种以上无机材料的捕集层。捕集层6可以由与隔壁1同种的材料形成，也可以由与隔壁1不同的材料形成。另外，捕集层6可以含有陶瓷或金属的无机纤维。例如，捕集层6可以含有70质量％以上的陶瓷或金属的无机纤维。通过像这样构成，利用纤维质更容易捕集PM。原料粒子中的平均粒径是指：采用激光衍射/散射式粒度分布测定装置，以水为分散介质，对原料粒子进行测定得到的中值粒径(D50)。
捕集层6的平均细孔径优选为0.1～10μm，特别优选为0.5～3.5μm。通过像这样构成，能够以捕集层6良好地捕集PM。
捕集层6的气孔率优选为50～90％，特别优选为60％～90％。如果捕集层6的气孔率小于50％，则压力损失有时上升。另一方面，如果捕集层6的气孔率超过90％，则捕集效率有时恶化。
捕集层6的气孔率及平均细孔径可以利用以下方法进行测定。首先，利用扫描型电子显微镜(SEM)，对捕集层6的截面部分进行观察，取得其SEM图像。应予说明，SEM图像是放大到200倍进行观测的。接下来，对所取得的SEM图像进行图像解析，将捕集层6的实体部分和捕集层6中的空隙部分进行二值化。然后，计算出捕集层6中的空隙部分相对于捕集层6的实体部分与空隙部分的合计面积的比值的百分率，将该值设为捕集层6的气孔率。另外，另行将SEM图像中的各粒子间的空隙进行二值化，利用标尺(scale)直接测定其大小，根据所测定的值计算出捕集层6的细孔径。将所计算出的细孔径的平均值设为捕集层6的平均细孔径。
对于捕集层6的厚度，在第一隔壁1a的表面所配设的IN－OUT捕集层6a的厚度T1大于在第二隔壁1b的表面所配设的IN－IN捕集层6b的厚度T2即可。IN－OUT捕集层6a及IN－IN捕集层6b各自的厚度没有特别限制，例如，IN－IN捕集层6b的厚度T2相对于IN－OUT捕集层6a的厚度T1的比率优选为14％以下，更优选为10％以下。蜂窝过滤器100中，IN－IN捕集层6b为任选的构成要素，因此，上述比率的下限值为不存在IN－IN捕集层6b时的0％。
如上所述，IN－OUT捕集层6a的厚度T1的具体厚度没有特别限制，例如，优选为10～70μm，特别优选为10～40μm。通过使IN－OUT捕集层6a的厚度T1为10μm以上，能够有效地提高废气以高流量透过时的PM的捕集性能。另一方面，通过使IN－OUT捕集层6a的厚度T1为70μm以下，能够更有效地抑制捕集到PM的状态下的压力损失上升。
捕集层6(IN－OUT捕集层6a及IN－IN捕集层6b)的厚度可以如下测定。首先，将蜂窝过滤器100以与隔室2延伸的方向平行的面切断，使图5所示的蜂窝过滤器100的截面露出。接下来，对蜂窝过滤器100的截面进行研磨，并对隔壁1及捕集层6的研磨面进行观察。对于研磨面的观察，利用SEM，对隔壁1及捕集层6的截面(研磨面)中的包含捕集层6和隔壁1这两者的视野(例如图9中的以“P”表示的区域)进行拍摄。然后，针对所拍摄的SEM照片，利用固体部分与空隙部分之间的亮度差异进行二值化处理。此处，图9是将图5所示的隔壁及捕集层的一部分放大的放大截面图。
接下来，如图10所示，假设与固体部分17和空隙部分19的边界内切的圆(内切圆21)。然后，将这些内切圆21的直径和位置自捕集层6(参照图9)侧趋向隔壁1(参照图9)侧(朝向图9所示的X方向)作图。像这样作出图11所示的曲线图中的散点图。
然后，针对图11所示的曲线图中的散点图，利用最小二乘近似，求出3次曲线K。接下来，对20个以上的视野测定该最小二乘近似3次曲线K和二值化处理图像内的内切圆21(参照图10)的最大直径(MAX)与最小直径(MIN)的平均值的线交叉的深度(捕集层深度L)。然后，计算出所测定的捕集层深度L的平均值，将计算出的平均值设为捕集层6(参照图9)的厚度。此处，图10是将图9所示的捕集层的一部分进一步放大的放大截面图。图10中示出将与固体部分17和空隙部分19的边界内切的圆(内切圆21)画出的状态。图11是表示与隔壁表面垂直的方向上的位置和扫描型电子显微镜(SEM)照片内切圆直径之间的关系的曲线图。“与隔壁表面垂直的方向”是：例如隔壁的厚度方向(图9所示的X方向)。“扫描型电子显微镜(SEM)照片内切圆直径”是：扫描型电子显微镜照片的二值化处理图像中的内切圆的直径。
如上能够求出捕集层6(IN－OUT捕集层6a及IN－IN捕集层6b)的厚度。捕集层6和隔壁1的边界为图11所示的曲线图的最小二乘近似3次曲线和内切圆21(参照图10)的最大直径与最小直径的平均值的线交叉的深度(位置)。因此，捕集层6为从构成隔室2的捕集层6的表面至上述边界为止的区域。图11所示的曲线图如下作出，即，如上述所说明，将蜂窝过滤器的截面的SEM照片利用亮度差异进行二值化处理后，标绘与固体部分和空隙部分的边界内切的内切圆的直径，计算出其最小二乘近似3次曲线，由此作出图11所示的曲线图。
图1～图5所示的蜂窝过滤器100中，在蜂窝基材4的截面中，流入隔室2a的形状及流出隔室2b的形状均为六边形。以下，有时将蜂窝基材4的与隔室2延伸的方向正交的截面中的“隔室2的形状”称为“隔室2的截面形状”，或者简称为“隔室2的形状”。本说明书中，“六边形”包括：六边形、六边形的至少1个角部形成为曲线状的形状、以及六边形的至少1个角部倒角为直线状的形状。流入隔室2a的形状及流出隔室2b的形状优选为正六边形。
对于蜂窝过滤器100，隔壁1的厚度优选为152～305μm，特别优选为152～267μm。通过像这样构成，能够制成维持等静压强度(Isostatic strength)且低压力损失的蜂窝过滤器100。隔壁1的厚度是：在蜂窝基材4的截面中，相对于将2个隔室2区划开的隔壁1的表面而正交的方向上的长度。例如，可以采用显微镜(microscope)来测定隔壁1的厚度。作为显微镜，例如可以采用Keyence公司制的VHX－1000(商品名)。
对于蜂窝过滤器100，蜂窝基材4的隔壁1的气孔率优选为41～65％，特别优选为41～60％。如果隔壁1的气孔率过低，则压力损失有时增大，另一方面，如果隔壁1的气孔率过高，则蜂窝基材4的强度变得不充分，在将蜂窝过滤器100收纳于废气净化装置用的罐体内时，有时很难以充分的把持力保持蜂窝过滤器100。隔壁1的气孔率设为通过压汞仪(Mercury porosimeter)所测量的值。作为压汞仪，例如可以举出Micromeritics公司制的Autopore 9500(商品名)。
对于蜂窝过滤器100，蜂窝基材4的隔室密度优选为31～62个/cm2，更优选为46～62个/cm2，特别优选为46～56个/cm2。通过像这样构成，能够作为用于对从汽车等的发动机中排出的废气中的PM进行捕集的过滤器而较佳地利用。
隔壁1的平均细孔径没有特别限制，优选为9～20μm，更优选为9～13μm。隔壁1的平均细孔径为通过压汞仪(Mercury porosimeter)所测量的值。作为压汞仪，例如可以举出Micromeritics公司制的Autopore 9500(商品名)。
从强度、耐热性、耐久性等观点出发，隔壁1的材料优选主成分为氧化物或非氧化物的各种陶瓷或金属等。具体而言，作为陶瓷，例如优选包含含有选自由堇青石、多铝红柱石、氧化铝、尖晶石、碳化硅、氮化硅、钛酸铝构成的材料组中的至少1种的材料。作为金属，考虑Fe－Cr－Al系金属及金属硅等。优选将从这些材料中选择的1种或2种以上作为主成分。从高强度、高耐热性等观点出发，特别优选将选自由氧化铝、多铝红柱石、钛酸铝、堇青石、碳化硅及氮化硅构成的材料组中的1种或2种以上作为主成分。作为陶瓷材料，例如可以为以堇青石为粘结材料而将碳化硅粒子粘结得到的复合材料。从高热传导率、高耐热性等观点出发，碳化硅或硅－碳化硅复合材料特别合适。此处，“主成分”是指：其成分中存在50质量％以上、优选为70质量％以上、更优选为80质量％以上的成分。
封孔部的材料没有特别限制，可以优选采用上述的作为隔壁的材料列举的材料。
蜂窝过滤器100的整体形状没有特别限制。对于蜂窝过滤器100的整体形状，流入端面11及流出端面12的形状优选为圆形或椭圆形，特别优选为圆形。蜂窝过滤器100的大小、例如蜂窝基材4的流入端面11至流出端面12的长度、以及蜂窝基材4的与隔室2延伸的方向正交的截面的大小没有特别限制。将蜂窝过滤器100用作废气净化用的过滤器的情况下，以得到最佳的净化性能的方式适当选择各大小即可。
蜂窝过滤器100可以优选用作内燃机的废气净化用的部件。蜂窝过滤器100可以在蜂窝基材4的隔壁1的表面及隔壁1的细孔中的至少一者担载有废气净化用的催化剂。例如，作为废气净化用的催化剂，可以举出：氧化催化剂、选择性催化还原催化剂、三元催化剂等。特别是，蜂窝过滤器100可以优选用作用于对来自汽车等的发动机的废气进行净化的废气净化过滤器。
接下来，对制造本实施方式的蜂窝过滤器的方法进行说明。不过，制造蜂窝过滤器的方法不限定于以下说明的制造方法。
首先，制作用于制作蜂窝基材的可塑性的坯料。用于制作蜂窝基材的坯料可以如下制作，即，在作为原料粉末的从前述的隔壁的优选材料组中选择的材料中适当添加粘合剂等添加剂、及水，由此制作坯料。
接下来，将所制作的坯料挤出成型，由此得到具有区划形成多个隔室的隔壁及配设于最外周的外周壁的、柱状的蜂窝成型体。挤出成型中，作为挤出成型用的口模，可以采用在坯料的挤出面形成有成为待成型的蜂窝成型体的翻转形状的狭缝的口模。可以将得到的蜂窝成型体利用例如微波及热风进行干燥。
接下来，利用与蜂窝成型体制造用的材料同样的材料，将隔室的开口部封孔，由此形成封孔部。形成封孔部的方法可以按照以往公知的蜂窝过滤器的制造方法来进行。
接下来，将得到的蜂窝成型体烧成，由此得到具备蜂窝基材及封孔部的蜂窝过滤器前驱体。蜂窝过滤器前驱体为在隔壁的表面形成捕集层之前的多孔质基材。烧成温度及烧成气氛根据原料而不同，如果是本领域技术人员，则能够选择最适合于所选择的材料的烧成温度及烧成气氛。
接下来，利用以下方法，在构成蜂窝过滤器前驱体的多孔质的隔壁的表面形成捕集层。首先，准备用于制作捕集层的原料粒子。作为用于制作捕集层的原料粒子，例如可以举出包含平均粒径(D50)为0.1～10μm的无机材料的捕集层制作用的原料粒子。接下来，利用以下所示的方法形成捕集层。应予说明，以下所示的方法为更具体的制作方法的一例。首先，使包含堇青石原料等粉末的气态的捕集层制作用原料从蜂窝过滤器前驱体的流入端面侧流入，将该捕集层制作用原料吹入于流入隔室内。作为捕集层制作用原料中包含的粉末，例如可以举出粒径分布在0.5～6μm的范围且平均粒径(D50)为2.7μm的堇青石原料等。通过向流入隔室内吹入气态的捕集层制作用原料，使游离状态的捕集层制作用原料(堇青石原料等粉末)堆积于隔壁的表面，在隔壁的表面形成包含捕集层制作用原料的层(表面层)。在刚吹入后，捕集层制作用原料优先附着于第一隔壁(IN－OUT隔壁)，随着原料粒子的堆积，该第一隔壁(IN－OUT隔壁)的透过阻力上升。然后，当第一隔壁(IN－OUT隔壁)的透过阻力超过一定值时，捕集层制作用原料针对第二隔壁(IN－IN隔壁)的附着量增大。因此，制造本实施方式的蜂窝过滤器的情况下，相对于第二隔壁(IN－IN隔壁)而附着充分量的原料粒子之前，将作为捕集层制作用原料的气体供给停止，使第一隔壁(IN－OUT隔壁)的原料粒子的附着量比第二隔壁(IN－IN隔壁)多。即，相对于第二隔壁(IN－IN隔壁)形成捕集层之前、或者在第二隔壁(IN－IN隔壁)开始形成了捕集层的情况下，在该捕集层的厚度没有超过在第一隔壁(IN－OUT隔壁)所形成的捕集层的厚度的阶段，结束捕集层的形成(即，捕集层制作用的气体供给)。这样使第二隔壁的捕集层的厚度相对变薄，由此能够减少用于制作捕集层的原材料及制作时间，就成本效益等方面也能够得到极其优异的效果。例如，相对于第二隔壁没有配设捕集层的情况下，用于制作捕集层的原材料有一半即可，尽管如此，关于由捕集层(特别是IN－OUT捕集层)带来的压力损失降低的效果，能够得到与相对于全部隔壁设置有均等厚度的捕集层的情形相同程度的效果。
像这样，在蜂窝过滤器前驱体的包围流入隔室的隔壁的内表面侧形成由捕集层制作用的原料粒子构成的捕集层。如上能够制造本发明的蜂窝过滤器。
实施例
以下，通过实施例，对本发明更具体地进行说明，不过，本发明并不受这些实施例的任何限定。
(实施例1)
作为堇青石化原料，准备出氧化铝、氢氧化铝、高岭土、滑石粉及二氧化硅。在所准备的堇青石化原料100质量份中添加造孔材料13质量份、分散介质35质量份、有机粘合剂6质量份、以及分散剂0.5质量份，进行混合、混炼，制备坯料。作为分散介质，使用水。作为造孔材料，使用平均粒径10μm的焦炭。作为有机粘合剂，使用羟丙基甲基纤维素。作为分散剂，使用乙二醇。
接下来，采用规定的模具，将坯料挤出成型，得到整体形状为圆柱形(圆筒形)的蜂窝成型体。蜂窝成型体的隔室形状为六边形。
接下来，将得到的蜂窝成型体利用微波干燥机进行干燥，进而，利用热风干燥机使其完全干燥。之后，将干燥后的蜂窝成型体调整为规定的尺寸，得到蜂窝干燥体。接下来，作为用于将蜂窝干燥体的隔室的开口部封孔的材料，准备出含有堇青石化原料的封孔浆料。然后，在蜂窝干燥体的流出端面侧以流出隔室的开口部被覆盖的方式施加掩膜，将施加有掩膜的蜂窝干燥体的流出端面侧的端部浸渍于封孔浆料中，形成封孔部。同样地，在蜂窝干燥体的流入端面侧也以流入隔室的开口部被覆盖的方式施加掩膜，将施加有掩膜的蜂窝干燥体的流入端面侧的端部浸渍于封孔浆料，形成封孔部。之后，利用热风干燥机使形成有封孔部的蜂窝干燥体干燥，进而，于1410～1440℃进行烧成，由此得到形成捕集层之前的蜂窝过滤器前驱体(蜂窝基材)。
接下来，如下在得到的蜂窝过滤器前驱体的隔壁表面形成捕集层。首先，使包含平均粒径为3.5μm的碳化硅粉末(原料粒子)的气体自蜂窝过滤器前驱体的流入端面侧流入，将该气体吹入于流入隔室内。像这样使原料粒子堆积于包围流入隔室的隔壁的表面。之后，将该蜂窝过滤器前驱体于1300℃进行1小时热处理，使原料粒子热粘结于隔壁的表面，形成捕集层。
如上制作出实施例1的蜂窝过滤器。表1中示出实施例1的蜂窝过滤器的构成。针对实施例1的蜂窝过滤器，利用以下方法，进行压力损失、灰分容量、捕集层成本的评价。将各结果示于表1。
表1
Figure BDA0003518675740000151
(实施例2)
实施例2中，相对于实施例1，使用于形成捕集层的原料的吹入时间变短，捕集层的厚度形成得较薄，制造蜂窝过滤器。
(实施例3、4)
实施例3、4中，制作隔壁的气孔率及平均细孔径如表1所示的蜂窝过滤器前驱体(蜂窝基材)。然后，利用与实施例1、2同样的方法，在隔壁的表面形成捕集层，制造蜂窝过滤器。通过调节制备坯料的原料的调合比例来调整隔壁的气孔率及平均细孔径。
(比较例1、2、5、6)
比较例1、2、5、6中，采用隔室形状为HAC形状的口模将坯料挤出成型，制作蜂窝成型体。HAC是“High Ash Capacity”的简称，是指：使在废气流入侧的端部呈开口的隔室(流入隔室)的截面积和在上述另一端部(废气流出侧的端部)呈开口的隔室(流出隔室)的截面积不同的隔室结构。此处，截面积是指：将隔室以与其长度方向正交的平面切断时的、其截面的面积。通过使流入隔室的隔室开口部(隔室截面)的大小(面积)大于流出隔室的隔室开口部(隔室截面)的大小(面积)，使得供粒子状物质等堆积的流入隔室表面的表面积增大。因此，与隔室开口部相同的四角隔室相比，能够在流入侧和流出侧抑制压力损失的增大。有时将隔室形状为HAC形状的隔室结构简称为“HAC结构”。然后，采用得到的HAC结构的蜂窝成型体，得到形成捕集层之前的蜂窝过滤器前驱体(蜂窝基材)。
比较例1、5中，省略捕集层的形成工序，制造无捕集层的蜂窝过滤器。比较例2、6中，在HAC结构的蜂窝过滤器前驱体的包围流入隔室的隔壁表面形成了表1所示的厚度的捕集层。
(比较例3、7)
比较例3、7中，相对于实施例1、3，省略捕集层的形成工序，制造无捕集层的蜂窝过滤器。
(比较例4、8)
比较例4、8中，在捕集层的形成工序中，使用于形成捕集层的原料粒子的吹入时间变长，在第二隔壁(IN－IN隔壁)的表面也形成了捕集层，除此以外，利用与实施例1、3同样的方法，制造蜂窝过滤器。
(压力损失)
首先，将端面的直径为22.86cm、隔室延伸的方向上的长度为18.4cm的蜂窝过滤器装配于6.7L的柴油发动机的排气管。接下来，使发动机运转，并使以废气温度270℃、废气的流量320kg/h排出的废气中包含的PM堆积于蜂窝过滤器。在PM堆积量达到0.5g/L的状态下，对在蜂窝过滤器的前后所安装的压力表的压力进行测定，求出前后的差压。将该差压设为蜂窝过滤器的压力损失。压力损失的评价中，将隔室形状为HAC形状且未设置捕集层的比较例1及5的蜂窝过滤器设为作为压力损失的评价基准的基准蜂窝过滤器。压力损失的评价中，将隔壁的厚度为与基准蜂窝过滤器相同值的蜂窝过滤器作为评价对象，基于以下的评价基准，进行评价。将压力损失相对于基准蜂窝过滤器而降低了10％以上的情形评价为“良好”，将压力损失的降低小于10％的情形评价为“合格”，将压力损失为同等以上的情形评价为“不合格”。
(灰分容量)
在六边形的隔室形状的情况下，将流出隔室的周围设为流入隔室，由此将供从发动机排出的PM及灰分堆积的流入隔室设置得比四角隔室及HAC隔室多，从而流入隔室的总容积增大。如果流入隔室的容积较大，则能够抑制由堆积于过滤器的灰分所引起的过滤器容量减少。灰分容量的评价中，以HAC隔室的蜂窝过滤器为基准，将流入隔室的总容积较多的情形评价为“良好”，总容积相同的情况下，评价为“不合格”。
(捕集层成本)
捕集层成本的评价中，如下对用于捕集层的材料费用及捕集层形成所需要的工序时间进行评价。将没有捕集层的情形评价为“良好”。相对于使捕集层的厚度为70μm的情形而言，各实施例及比较例中的捕集层形成所需要的原料使用量为50％以下的情形评价为“合格”，捕集层形成所需要的原料使用量超过50％的情形评价为“不合格”。
(结果)
对于实施例1～4的蜂窝过滤器，压力损失、灰分容量、捕集层成本的各评价均为“良好”或“合格”的评价结果，显示出比HAC隔室的蜂窝过滤器好的特性。另一方面，对于比较例1、3、5、7的蜂窝过滤器，由于未设置捕集层，所以，压力损失的评价为“不合格”。另外，对于使第一隔壁和第二隔壁的捕集层的厚度相同的比较例2、6的蜂窝过滤器，灰分容量的评价为“不合格”。此外，对于使第二隔壁的捕集层的厚度变厚的比较例4、8的蜂窝过滤器，捕集层成本的评价为“不合格”。
产业上的可利用性
本发明的蜂窝过滤器可以作为用于净化废气的过滤器加以利用。

Claims (8)

1.一种蜂窝过滤器，其特征在于，具备：
柱状的蜂窝基材，该蜂窝基材具有配设成包围多个隔室的多孔质的隔壁，该多个隔室从流入端面延伸至流出端面；以及
封孔部，该封孔部配置成将所述隔室的所述流入端面侧或所述流出端面侧的任一者的端部密封，
在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，所述隔室的形状为六边形，
将在所述流出端面侧的端部配设有所述封孔部且所述流入端面侧呈开口的所述隔室设为流入隔室，
将在所述流入端面侧的端部配设有所述封孔部且所述流出端面侧呈开口的所述隔室设为流出隔室，
所述隔壁包括：配设于所述流入隔室与所述流出隔室之间的第一隔壁、以及配设于所述流入隔室彼此之间的第二隔壁，
在所述第一隔壁的表面具有用于对废气中的粒子状物质进行捕集的多孔质的捕集层，且在所述第二隔壁的表面不具有所述捕集层、或者具有厚度比在所述第一隔壁的表面所配设的所述捕集层的厚度薄的捕集层。
2.根据权利要求1所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述蜂窝过滤器具有：多个所述流入隔室将1个所述流出隔室的周围包围的隔室结构。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
在所述第二隔壁的表面所配设的所述捕集层的厚度T2相对于在所述第一隔壁的表面所配设的所述捕集层的厚度T1的比率为14％以下。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
在所述第一隔壁的表面所配设的所述捕集层的厚度T1为10～70μm。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的蜂窝过滤器，其特征在于，所述隔壁的厚度为152～305μm。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述隔壁的气孔率为41～65％。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述捕集层包含选自由堇青石、SiC、多铝红柱石、钛酸铝、氧化铝、氮化硅、硅铝氧氮陶瓷、磷酸锆、氧化锆、二氧化钛及二氧化硅构成的组中的至少1种以上。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述捕集层的平均细孔径为0.1～10μm。
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