JP2001096117A - セラミックフィルタ集合体、ハニカムフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度に優れたセラミックフィルタ集合体を提
供すること。 【解決手段】 このセラミックフィルタ集合体９は、排
気ガス浄化装置１の一部を構成する。セラミック集合体
９は、セラミック焼結体からなる複数のハニカムフィル
タＦ１の外周面同士をセラミック質シール材層１５を介
して接着することにより、各ハニカムフィルタＦ１を一
体化したものである。各ハニカムフィルタＦ１の外周面
における角部は、面取りが施されたアール面１８となっ
ている。アール面１８の曲率はＲ＝０．３〜２．５であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック焼結体
からなる複数のハニカムフィルタを接着して一体化した
構造のセラミックフィルタ集合体、及びその構成部材で
あるハニカムフィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の台数は今世紀に入って飛躍的に
増加しており、それに比例して自動車の内燃機関から出
される排気ガスの量も急激な増加の一途を辿っている。
特にディーゼルエンジンの出す排気ガス中に含まれる種
々の物質は、汚染を引き起こす原因となるため、現在で
は世界環境にとって深刻な影響を与えつつある。また、
最近では排気ガス中の微粒子（ディーゼルパティキュレ
ート）が、ときとしてアレルギー障害や精子数の減少を
引き起こす原因となるとの研究結果も報告されている。
つまり、排気ガス中の微粒子を除去する対策を講じるこ
とが、人類にとって急務の課題であると考えられてい
る。

【０００３】このような事情のもと、従来より、多様多
種の排気ガス浄化装置が提案されている。一般的な排気
ガス浄化装置は、エンジンの排気マニホールドに連結さ
れた排気管の途上にケーシングを設け、その中に微細な
孔を有するフィルタを配置した構造を有している。フィ
ルタの形成材料としては、金属や合金のほか、セラミッ
クがある。セラミックからなるフィルタの代表例として
は、コーディエライト製のハニカムフィルタが知られて
いる。最近では、耐熱性・機械的強度・捕集効率が高
い、化学的に安定している、圧力損失が小さい等の利点
があることから、多孔質炭化珪素焼結体をフィルタ形成
材料として用いることが多い。

【０００４】ハニカムフィルタは自身の軸線方向に沿っ
て延びる多数のセルを有している。排気ガスがフィルタ
を通り抜ける際、そのセル壁によって微粒子がトラップ
される。その結果、排気ガス中から微粒子が除去され
る。

【０００５】しかし、多孔質炭化珪素焼結体製のハニカ
ムフィルタは熱衝撃に弱い。そのため、大型化するほど
フィルタにクラックが生じやすくなる。よって、クラッ
クによる破損を避ける手段として、複数の小さなフィル
タ個片を一体化して１つの大きなセラミックフィルタ集
合体を製造する技術が近年提案されている。

【０００６】上述の集合体を製造する一般的な方法を簡
単に紹介する。まず、押出成形機の金型を介してセラミ
ック原料を連続的に押し出すことにより、四角柱状のハ
ニカム成形体を形成する。ハニカム成形体を等しい長さ
に切断した後、その切断片を焼成してフィルタとする。
焼成工程の後、フィルタの外周面同士をセラミック質シ
ール材層を介して接着することにより、複数のフィルタ
を束ねて一体化する。以上の結果、所望のセラミックフ
ィルタ集合体が完成する。

【０００７】そして、セラミックフィルタ集合体の外周
面には、セラミックファイバ等からなるマット状の断熱
材が巻き付けられる。この状態で、集合体は排気管の途
上に設けられたケーシング内に収容される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術の
ハニカムフィルタは全体的に角張った形状をしているた
め、外周面における角部に応力が集中しやすく、そこに
欠け（チッピング）が生じることがあった。また、角部
を起点としてシール材層側にクラックが発生することも
あり、それが原因でセラミックフィルタ集合体が破壊に
至るおそれがあった。また、集合体の破壊に至らない場
合であっても、排気ガスのリークによって処理効率が低
下しやすいという問題があった。

【０００９】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、強度に優れたセラミックフィルタ
集合体、ハニカムフィルタを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、セラミック焼結体か
らなる複数の角柱状ハニカムフィルタの外周面同士をセ
ラミック質シール材層を介して接着することにより、前
記各ハニカムフィルタを一体化してなる集合体であっ
て、各ハニカムフィルタの外周面における角部は面取り
が施されたアール面となっており、そのアール面の曲率
がＲ＝０．３〜２．５であることを特徴とするセラミッ
クフィルタ集合体をその要旨とする。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記ハニカムフィルタは多孔質炭化珪素焼結体から
なるとした。請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、前記ハニカムフィルタは四角柱状であっ
て、かつフィルタ軸線方向に直交する方向に沿って互い
にずらした状態で配置されているとした。

【００１２】請求項４に記載の発明では、セラミック焼
結体からなり、セラミックフィルタ集合体の構成部材と
して用いられる角柱状ハニカムフィルタであって、外周
面における角部を面取りが施されたアール面とし、その
アール面の曲率をＲ＝０．３〜２．５としたことを特徴
とするハニカムフィルタをその要旨とする。

【００１３】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１〜３に記載の発明によると、ハニカムフィ
ルタの外周面における角部が好適曲率範囲のアール面に
なっていることから、当該箇所への応力集中が回避され
る。従って、ハニカムフィルタの角部の欠けや、角部を
起点としたシール材層のクラックが防止され、セラミッ
クフィルタ集合体が破壊しにくくなる。前記曲率Ｒが
０．３以下であると、角部への応力集中を十分に回避す
ることができず、欠けやクラックの発生につながりやす
い。逆に、Ｒが２．５を超えると、ハニカムフィルタの
断面積が減少する結果、集合体の濾過能力が低下してし
まう。

【００１４】請求項２に記載の発明によると、このハニ
カムフィルタは多孔質体からなるので、濾過能力が高く
かつ圧力損失が小さい。しかも、炭化珪素焼結体からな
るので、耐熱性及び熱伝導性に優れている。

【００１５】請求項３に記載の発明によると、四角柱状
のハニカムフィルタをフィルタ軸線方向に直交する方向
に沿って互いにずらした状態で配置することにより、シ
ール材層が十字状に交わる箇所ができなくなる。その結
果、集合体の破壊強度が向上するばかりでなく、集合体
の径方向に沿った熱伝導性が向上する。

【００１６】請求項４に記載の発明によると、外周面に
おける角部が好適曲率範囲のアール面になっていること
から、当該箇所への応力集中が回避され、もって角部の
欠けが防止される。前記曲率Ｒが０．３以下であると、
角部への応力集中を十分に回避することができず、欠け
の発生につながりやすい。逆に、Ｒが２．５を超える
と、フィルタ断面積が減少する結果、濾過能力が低下し
てしまう。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態のディーゼルエンジン用の排気ガス浄化装置１を、
図１〜図５に基づき詳細に説明する。

【００１８】図１に示されるように、この排気ガス浄化
装置１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン２から
排出される排気ガスを浄化するための装置である。ディ
ーゼルエンジン２は、図示しない複数の気筒を備えてい
る。各気筒には、金属材料からなる排気マニホールド３
の分岐部４がそれぞれ連結されている。各分岐部４は１
本のマニホールド本体５にそれぞれ接続されている。従
って、各気筒から排出された排気ガスは一箇所に集中す
る。

【００１９】排気マニホールド３の下流側には、金属材
料からなる第１排気管６及び第2排気管７が配設されて
いる。第１排気管６の上流側端は、マニホールド本体５
に連結されている。第１排気管６と第２排気管７との間
には、同じく金属材料からなる筒状のケーシング８が配
設されている。ケーシング８の上流側端は第１排気管６
の下流側端に連結され、ケーシング８の下流側端は第２
排気管７の上流側端に連結されている。排気管６，７の
途上にケーシング８が配設されていると把握することも
できる。そして、この結果、第１排気管６、ケーシング
８及び第２排気管７の内部領域が互いに連通し、その中
を排気ガスが流れるようになっている。

【００２０】図１に示されるように、ケーシング８はそ
の中央部が排気管６，７よりも大径となるように形成さ
れている。従って、ケーシング８の内部領域は、排気管
６，７の内部領域に比べて広くなっている。このケーシ
ング８内には、セラミックフィルタ集合体９が収容され
ている。

【００２１】集合体９の外周面とケーシング８の内周面
との間には、断熱材１０が配設されている。断熱材１０
はセラミックファイバを含んで形成されたマット状物で
あり、その厚さは数ｍｍ〜数十ｍｍである。断熱材１０
は熱膨張性を有していることがよい。ここでいう熱膨張
性とは、弾性構造を有するため熱応力を解放する機能が
あることを指す。その理由は、集合体９の最外周部から
熱が逃げることを防止することにより、再生時のエネル
ギーロスを最小限に抑えるためである。また、再生時の
熱によってセラミックファイバを膨張させることによ
り、排気ガスの圧力や走行による振動等のもたらすセラ
ミックフィルタ集合体９の位置ずれを防止するためであ
る。

【００２２】本実施形態において用いられるセラミック
フィルタ集合体９は、上記のごとくディーゼルパティキ
ュレートを除去するものであるため、一般にディーゼル
パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と呼ばれる。図
２，図４に示されるように、本実施形態の集合体９は、
複数個のハニカムフィルタＦ１を束ねて一体化すること
によって形成されている。集合体９の中心部分に位置す
るハニカムフィルタＦ１は四角柱状であって、その外形
寸法は３３mm×３３mm×１６７mmである（図３参照）。
四角柱状のハニカムフィルタＦ１の周囲には、四角柱状
でない異型のハニカムフィルタＦ１が複数個配置されて
いる。その結果、全体としてみると円柱状のセラミック
フィルタ集合体９（直径１３５ｍｍ前後）が構成されて
いる。

【００２３】これらのハニカムフィルタＦ１は、セラミ
ック焼結体の一種である多孔質炭化珪素焼結体製であ
る。炭化珪素焼結体を採用した理由は、他のセラミック
に比較して、とりわけ耐熱性及び熱伝導性に優れるとい
う利点があるからである。炭化珪素以外の焼結体とし
て、例えば窒化珪素、サイアロン、アルミナ、コーディ
エライト、ムライト等の焼結体を選択することもでき
る。

【００２４】図３等に示されるように、これらのハニカ
ムフィルタＦ１は、ハニカム構造を備えている。ハニカ
ム構造を採用した理由は、微粒子の捕集量が増加したと
きでも圧力損失が小さいという利点があるからである。
各ハニカムフィルタＦ１には、断面略正方形状をなす複
数の貫通孔１２がその軸線方向に沿って規則的に形成さ
れている。各貫通孔１２は薄いセル壁１３によって互い
に仕切られている。セル壁１３の外表面には、白金族元
素（例えばＰｔ等）やその他の金属元素及びその酸化物
等からなる酸化触媒が担持されている。各貫通孔１２の
開口部は、いずれか一方の端面９ａ，９ｂの側において
封止体１４（ここでは多孔質炭化珪素焼結体）により封
止されている。従って、端面９ａ，９ｂ全体としてみる
と市松模様状を呈している。その結果、ハニカムフィル
タＦ１には、断面四角形状をした多数のセルが形成され
ている。セルの密度は２００個／インチ前後に設定さ
れ、セル壁１３の厚さは０．３mm前後に設定され、セル
ピッチは１．８mm前後に設定されている。多数あるセル
のうち、約半数のものは上流側端面９ａにおいて開口
し、残りのものは下流側端面９ｂにおいて開口してい
る。

【００２５】ハニカムフィルタＦ１の平均気孔径は１μ
ｍ〜５０μｍ、さらには５μｍ〜２０μｍであることが
好ましい。平均気孔径が１μｍ未満であると、微粒子の
堆積によるハニカムフィルタＦ１の目詰まりが著しくな
る。一方、平均気孔径が５０μｍを越えると、細かい微
粒子を捕集することができなくなるため、濾過能力が低
下してしまう。

【００２６】ハニカムフィルタＦ１の気孔率は３０％〜
７０％、さらには４０％〜６０％であることが好まし
い。気孔率が３０％未満であると、ハニカムフィルタＦ
１が緻密になりすぎてしまい、内部に排気ガスを流通さ
せることができなくなるおそれがある。一方、気孔率が
７０％を越えると、ハニカムフィルタＦ１中に空隙が多
くなりすぎてしまうため、強度的に弱くなりかつ微粒子
の捕集効率が低下してしまうおそれがある。

【００２７】図４，図５に示されるように、合計１６個
のハニカムフィルタＦ１は、外周面同士がセラミック質
シール材層１５を介して互いに接着されている。ここ
で、本実施形態のセラミック質シール材層１５について
詳細に述べる。

【００２８】シール材層１５の厚さは０．３ｍｍ〜３mm
であることが好ましく、さらには０．５ｍｍ〜２mmであ
ることがより好ましい。厚さが３mmを超えるようになる
と、たとえ熱伝導率が高くてもシール材層１５が依然と
して大きな熱抵抗となり、ハニカムフィルタＦ１間の熱
伝導が阻害されてしまう。しかも、集合体９においてハ
ニカムフィルタＦ１部分の占める割合が相対的に減るた
め、濾過能力の低下につながってしまう。逆に、シール
材層１５の厚さが０．３ｍｍ未満であると、大きな熱抵
抗にはならない反面、ハニカムフィルタＦ１同士を接着
する力が不足してしまい、集合体９が破壊しやすくな
る。

【００２９】前記シール材層１５は、少なくとも無機繊
維、無機バインダ、有機バインダ及び無機粒子からな
り、かつ三次元的に交錯する前記無機繊維と無機粒子と
を、前記無機バインダ及び有機バインダを介して互いに
結合してなる弾性質素材からなることが望ましい。

【００３０】前記シール材層１５に含まれる無機繊維と
しては、シリカ−アルミナファイバ、ムライトファイ
バ、アルミナファイバ及びシリカファイバから選ばれる
少なくとも１種以上のセラミックファイバが挙げられ
る。これらのなかでも、特にシリカ−アルミナセラミッ
クファイバを選択することが望ましい。シリカ−アルミ
ナセラミックファイバは、弾性に優れるとともに熱応力
を吸収する作用を示すからである。

【００３１】この場合、シール材層１５におけるシリカ
−アルミナセラミックファイバの含有量は、固形分で１
０重量％〜７０重量％、好ましくは１０重量％〜４０重
量％、より好ましくは２０重量％〜３０重量％である。
含有量が１０重量％未満であると、弾性体としての効果
が低下するからである。一方、含有量が７０重量％を超
えると、熱伝導率の低下を招くばかりでなく、弾力性も
低下するからである。

【００３２】シリカ−アルミナセラミックファイバにお
けるショット含有量は、１重量％〜１０重量％、好まし
くは１重量％〜５重量％、より好ましくは１重量％〜３
重量％である。ショット含有量を１重量％未満にするこ
とは、製造上困難だからである。一方、ショット含有量
が５０重量％を超えると、ハニカムフィルタＦ１の外周
面が傷付いてしまうからである。

【００３３】シリカ−アルミナセラミックファイバの繊
維長は、１ｍｍ〜１００ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜５０
ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜２０ｍｍである。繊維長
が１ｍｍ未満であると、弾性構造体を形成することがで
きないからである。繊維長が１００ｍｍを超えると、繊
維が毛玉化して無機微粒子の分散性が悪化するからであ
る。また、シール材層１５を３ｍｍ以下に薄くすること
が困難になり、ハニカムフィルタＦ１間の熱伝導性の改
善を図れなくなるからである。

【００３４】前記シール材層１５に含まれる無機バイン
ダとしては、シリカゾル及びアルミナゾルから選ばれる
少なくとも１種以上のコロイダルゾルが望ましい。その
なかでも、特にシリカゾルを選択することが望ましい。
その理由は、シリカゾルは入手しやすく、焼成により容
易にＳｉＯ₂ となるため、高温領域での接着剤として好
適だからである。しかも、シリカゾルは絶縁性に優れて
いるからである。

【００３５】この場合、シール材層１５におけるシリカ
ゾルの含有量は、固形分で１重量％〜３０重量％、好ま
しくは１重量％〜１５重量％、より好ましくは５重量％
〜９重量％である。含有量が１重量％未満であると、接
着強度の低下を招くからである。逆に、含有量が３０重
量％を超えると、熱伝導率の低下を招くからである。

【００３６】前記シール材層１５に含まれる有機バイン
ダとしては親水性有機高分子が好ましく、ポリビニルア
ルコール、メチルセルロース、エチルセルロース及びカ
ルボメトキシセルロースから選ばれる少なくとも１種以
上の多糖類がより好ましい。これらのなかでも、特にカ
ルボキシメチルセルロースを選択することが望ましい。
その理由は、カルボキシメチルセルロースは、シール材
層１５に好適な流動性を付与するため、常温領域におい
て優れた接着性を示すからである。

【００３７】この場合、シール材層１５におけるカルボ
キシメチルセルロースの含有量は、固形分で０．１重量
％〜５．０重量％、好ましくは０．２重量％〜１．０重
量％、より好ましくは０．４重量％〜０．６重量％であ
る。含有量が０．１重量％未満であると、十分にマイグ
レーションを抑制することができないからである。な
お、「マイグレーション」とは、被シール体間に充填さ
れたシール材層１５が硬化する際に、シール材層１５中
のバインダが、溶媒の乾燥除去に伴って移動する現象の
ことをいう。一方、含有量が５．０重量％を超えると、
高温によって有機バインダが焼失し、シール材層１５の
強度が低下するからである。

【００３８】前記シール材層１５に含まれる無機粒子と
しては、炭化珪素、窒化珪素及び窒化硼素から選ばれる
少なくとも１種以上の無機粉末またはウィスカーを用い
た弾性質素材であることが好ましい。このような炭化物
や窒化物は、熱伝導率が非常に大きく、セラミックファ
イバ表面やコロイダルゾルの表面及び内部に介在して熱
伝導性の向上に寄与するからである。

【００３９】上記炭化物及び窒化物の無機粒子のなかで
も、特に炭化珪素粉末を選択することが望ましい。その
理由は、炭化珪素は熱伝導率が極めて高いことに加え、
セラミックファイバと馴染みやすいという性質があるか
らである。しかも、本実施形態では、被シール体である
ハニカムフィルタＦ１が同種のもの、即ち多孔質炭化珪
素製だからである。

【００４０】この場合、炭化珪素粉末の含有量は、固形
分で３重量％〜８０重量％、好ましくは１０重量％〜６
０重量％、より好ましくは２０重量％〜４０重量％であ
る。含有量が３重量％未満であると、シール材層１５の
熱伝導率の低下を招き、シール材層１５が依然として大
きな熱抵抗となるからである。一方、含有量が８０重量
％を超えると、高温時における接着強度の低下を招くか
らである。

【００４１】炭化珪素粉末の粒径は、０．０１μｍ〜１
００μｍ、好ましくは０．１μｍ〜１５μｍ、より好ま
しくは０．１μｍ〜１０μｍである。粒径が１００μｍ
を超えると、接着力及び熱伝導性の低下を招くからであ
る。一方、粒径が０．０１μｍ未満であると、シール材
層１５のコスト高につながるからである。

【００４２】ここでアール面１８の曲率はＲ＝０．３〜
２．５であることが必要であり、さらにはＲ＝０．７〜
２．５であることがよく、特にはＲ＝１．０〜２．０で
あることがなおよい。

【００４３】前記曲率Ｒが０．３以下であると、角部が
依然として角張っていることから、角部への応力集中を
十分に回避することができず、欠けやクラックの発生に
つながりやすいからである。逆に、Ｒが２．５を超える
と、ハニカムフィルタＦ１の断面積が減少する結果、有
効セル数が減ってしまい、集合体９の濾過能力の低下を
招くからである。

【００４４】次に、上記のセラミックフィルタ集合体９
を製造する手順を説明する。まず、押出成形工程で使用
するセラミック原料スラリー、端面封止工程で使用する
封止用ペースト、フィルタ接着工程で使用するシール材
層形成用ペーストをあらかじめ作製しておく。

【００４５】セラミック原料スラリーとしては、炭化珪
素粉末に有機バインダ及び水を所定分量ずつ配合し、か
つ混練したものを用いる。封止用ペーストとしては、炭
化珪素粉末に有機バインダ、潤滑剤、可塑剤及び水を配
合し、かつ混練したものを用いる。シール材層形成用ペ
ーストとしては、無機繊維、無機バインダ、有機バイン
ダ、無機粒子及び水を所定分量ずつ配合し、かつ混練し
たものを用いる。

【００４６】次に、前記セラミック原料スラリーを押出
成形機に投入し、かつ金型を介してそれを連続的に押し
出す。その後、押出成形されたハニカム成形体を等しい
長さに切断し、四角柱状のハニカム成形体切断片を得
る。ここでハニカム成形体切断の各角部に対して面取り
加工を施し、所定曲率Ｒのアール面１８を形成する。

【００４７】さらに、切断片の各セルの片側開口部に所
定量ずつ封止用ペーストを充填し、各切断片の両端面を
封止する。続いて、温度・時間等を所定の条件に設定し
て本焼成を行い、ハニカム成形体切断片及び封止体１４
を完全に焼結させる。このようにして得られる多孔質炭
化珪素焼結体製のハニカムフィルタＦ１は、この時点で
はまだ全てのものが四角柱状である。各角部の面取り加
工はこの時点で行われてもよい。

【００４８】なお、平均気孔径を６μｍ〜１５μｍとし
かつ気孔率を３５％〜５０％とするために、本実施形態
では焼成温度を２１００℃〜２３００℃に設定してい
る。また、焼成時間を０．１時間〜５時間に設定してい
る。また、焼成時の炉内雰囲気を不活性雰囲気とし、そ
のときの雰囲気の圧力を常圧としている。

【００４９】次に、必要に応じてハニカムフィルタＦ１
の外周面にセラミック質からなる下地層を形成した後、
さらにその上にシール材層形成用ペーストを塗布する。
そして、このようなハニカムフィルタＦ１を１６個用
い、その外周面同士を互いに接着して一体化する。

【００５０】続く外形カット工程では、前記フィルタ接
着工程を経て得られた断面正方形状の集合体９を研削
し、外周部における不要部分を除去してその外形を整え
る。その結果、断面円形状のセラミックフィルタ集合体
９とする。

【００５１】次に、上記のセラミックフィルタ集合体９
による微粒子トラップ作用について簡単に説明する。ケ
ーシング８内に収容されたセラミックフィルタ集合体９
には、上流側端面９ａの側から排気ガスが供給される。
第１排気管６を経て供給されてくる排気ガスは、まず、
上流側端面９ａにおいて開口するセル内に流入する。次
いで、この排気ガスはセル壁１３を通過し、それに隣接
しているセル、即ち下流側端面９ｂにおいて開口するセ
ルの内部に到る。そして、排気ガスは、同セルの開口を
介してハニカムフィルタＦ１の下流側端面９ｂから流出
する。しかし、排気ガス中に含まれる微粒子はセル壁１
３を通過することができず、そこにトラップされてしま
う。その結果、浄化された排気ガスがハニカムフィルタ
Ｆ１の下流側端面９ｂから排出される。浄化された排気
ガスは、さらに第２排気管７を通過した後、最終的には
大気中へと放出される。また、トラップされた微粒子
は、集合体９の内部温度が所定の温度に達すると、前記
触媒の作用により着火して燃焼するようになっている。

【００５２】

【実施例】（実施例１） （１）α型炭化珪素粉末５１．５重量％とβ型炭化珪素
粉末２２重量％とを湿式混合し、得られた混合物に有機
バインダ（メチルセルロース）と水とをそれぞれ６．５
重量％、２０重量％ずつ加えて混練した。次に、前記混
練物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練したも
のを押出成形することにより、ハニカム状の生成形体を
得た。

【００５３】（２）次に、この生成形体をマイクロ波乾
燥機を用いて乾燥した後、各角部を削ることで面取りを
施し、各角部にＲ＝１．５のアール面１８を形成した。
その後、成形体の貫通孔１２を多孔質炭化珪素焼結体製
の封止用ペーストによって封止した。次いで、再び乾燥
機を用いて封止用ペーストを乾燥させた。端面封止工程
に続いて、この乾燥体を４００℃で脱脂した後、さらに
それを常圧のアルゴン雰囲気下において２２００℃で約
３時間焼成した。その結果、多孔質炭化珪素焼結体製の
ハニカムフィルタＦ１を得た。

【００５４】（３）セラミックファイバ（アルミナシリ
ケートセラミックファイバ、ショット含有率３％、繊維
長さ０．１ｍｍ〜１００ｍｍ）２３．３重量％、平均粒
径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重量％、無機バイ
ンダとしてのシリカゾル（ゾルのSiO₂の換算量は３０
％）７重量％、有機バインダとしてのカルボキシメチル
セルロース０．５重量％及び水３９重量％を混合・混練
した。この混練物を適当な粘度に調整することにより、
シール材層１５の形成に使用されるペーストを作製し
た。

【００５５】（４）次に、ハニカムフィルタＦ１の外周
面に前記シール材層形成用ペーストを均一に塗布すると
ともに、ハニカムフィルタＦ１の外周面同士を互いに密
着させた状態で、５０℃〜１００℃×１時間の条件にて
乾燥・硬化させる。その結果、ハニカムフィルタＦ１同
士をシール材層１５を介して接着する。ここではシール
材層１５の厚さを１．０ｍｍに設定した。

【００５６】（５）次に、外形カットを実施して外形を
整えることにより、断面円形状のセラミックフィルタ集
合体９を完成させた。次に、上記のようにして得られた
集合体９に断熱材１０を巻き付け、この状態で集合体９
をケーシング８内に収容し、実際に排気ガスを供給し
た。そして、一定期間経過した後に集合体９を取り出し
て肉眼観察を行った。

【００５７】その結果、各角部を起点としたシール材層
１５のクラックは全く認められなかった。また、角部の
欠けも全く認められなかった。従って、実施例１の集合
体９は、極めて強度に優れていることが明らかとなっ
た。 （実施例２，３）実施例２では、アール面１８の曲率を
Ｒ＝０．４に設定し、それ以外の事項については基本的
に実施例１に順ずるようにして、セラミックフィルタ集
合体９を作製した。実施例３では、アール面１８の曲率
をＲ＝２．４に設定し、それ以外の事項については基本
的に実施例１に順ずるようにして、セラミックフィルタ
集合体９を作製した。

【００５８】次に、得られた２種の集合体９を、実施例
１のときと同様に一定期間使用し、その後で肉眼観察を
行ったところ、実施例１に匹敵する好適な結果が得られ
た。つまり、実施例２，３の集合体９も、極めて強度に
優れていることが明らかとなった。 （実施例４）実施例４では、セラミックファイバ（ムラ
イトファイバ、ショット含有率５重量％，繊維長さ０．
１ｍｍ〜１００mm）２５重量％、平均粒径１．０μｍの
窒化珪素粉末３０重量％、無機バインダとしてのアルミ
ナゾル（アルミナゾルの換算量は２０％）７重量％、有
機バインダとしてのポリビニルアルコール０．５重量％
及びアルコール３７．５重量％を混合・混練したもの
を、前記シール材層形成用ペーストとして使用した。そ
れ以外の事項については実施例１に順ずるようにして、
セラミックフィルタ集合体９を作製した。ここではシー
ル材層１５の厚さを１．０ｍｍに設定し、各角部のアー
ル面１８の曲率をＲ＝１．５に設定した。

【００５９】次に、得られた集合体９を、実施例１のと
きと同様に一定期間使用し、その後で肉眼観察を行った
ところ、実施例１に匹敵する好適な結果が得られた。つ
まり、実施例４の集合体９も、極めて強度に優れている
ことが明らかとなった。 （実施例５）実施例５は、セラミックファイバ（アルミ
ナファイバ、ショット含有率４重量％，繊維長さ０．１
ｍｍ〜１００mm）２３重量％、平均粒径１μｍの窒化硼
素粉末３５重量％、無機バインダとしてのアルミナゾル
（アルミナゾルの換算量は２０％）８重量％、有機バイ
ンダとしてのエチルセルロース０．５重量％及びアセト
ン３５．５重量％を混合・混練したものを、前記シール
材層形成用ペーストとして使用した。それ以外の事項に
ついては実施例１に順ずるようにして、セラミックフィ
ルタ集合体９を作製した。ここではシール材層１５の厚
さを１．０ｍｍに設定し、各角部のアール面１８の曲率
をＲ＝１．５に設定した。

【００６０】次に、得られた集合体９を、実施例１のと
きと同様に一定期間使用し、その後で肉眼観察を行った
ところ、実施例１に匹敵する好適な結果が得られた。 （比較例）比較例では、各角部に対する面取り加工を施
さないようにし、それ以外の事項については基本的に実
施例１に順ずるようにして、セラミックフィルタ集合体
９を作製した。従って、集合体９を構成する各ハニカム
フィルタＦ１は、角張ったものであった。

【００６１】次に、得られた集合体９を、実施例１のと
きと同様に一定期間使用し、その後で肉眼観察を行った
ところ、応力の集中によって複数箇所にクラックや欠け
が生じていた。従って、強度に劣るものとなっていた。

【００６２】従って、本実施形態の各実施例によれば以
下のような効果を得ることができる。 （１）各実施例では、ハニカムフィルタＦ１の外周面に
おける角部が好適曲率範囲のアール面１８になっている
ことから、当該角部への応力集中を回避することができ
る。従って、ハニカムフィルタＦ１の角部の欠けや、角
部を起点としたシール材層１５のクラックが防止され、
セラミックフィルタ集合体９が破壊しにくくなる。よっ
て、強度に優れた集合体９を実現することが可能とな
り、これを用いた排気ガス浄化装置１は高強度かつ高濾
過能力であって実用性に優れたものとなる。

【００６３】（２）各実施例では、多孔質体炭化珪素焼
結体からなるハニカムフィルタ１を用いてる。従って、
濾過能力が高くかつ圧力損失が小さくて、しかも耐熱性
及び熱伝導性に優れた集合体９とすることができる。

【００６４】（３）各実施例では、いずれもシール材層
１５の厚さを０．３ｍｍ〜３ｍｍという好適範囲内に設
定している。このため、シール材層１５が介在している
にもかかわらず、ハニカムフィルタＦ１間の熱伝導は阻
害されにくくなる。従って、使用時において熱が集合体
９の全体に均一にかつ速やかに伝導し、集合体９内に温
度差が生じにくくなる。よって、集合体９の均熱性が向
上し、部分的な燃え残りの発生も回避される。そして、
このような集合体９を使用した排気ガス浄化装置１は、
排気ガスの処理効率に優れたものとなる。

【００６５】また、シール材層１５の厚さが上記範囲内
であるならば、接着性や耐熱性等といった基本性能も維
持されるため、シール材層１５の製造が困難になること
も回避できる。しかも、ハニカムフィルタＦ１同士を接
着する力も備えているため、集合体９の破壊も回避でき
る。つまり、比較的製造しやすくて耐久性に優れた集合
体９を実現することができる。

【００６６】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ ハニカムフィルタＦ１の組み合わせ数は、前記実施
形態のように１６個でなくてもよく、任意の数にするこ
とが可能である。この場合、サイズ・形状等の異なるハ
ニカムフィルタＦ１を適宜組み合わせて使用することも
勿論可能である。

【００６７】・ 図６に示される別例のセラミックフィ
ルタ集合体２１のように、フィルタ軸線方向に直交する
方向に沿って各ハニカムフィルタＦ１をあらかじめ互い
にずらした状態にして、各ハニカムフィルタＦ１を接着
しかつ一体化してもよい。このようにした場合には、ケ
ーシング８への収容時にハニカムフィルタＦ１にずれが
生じにくくなるため、集合体２１の破壊強度が向上す
る。前記実施形態とは異なり、別例ではシール材層１５
が十字状に交わる箇所ができず、このことが破壊強度の
向上に寄与しているものと考えられる。また、集合体２
１の径方向に沿った熱伝導性がさらに向上する結果、集
合体２１のよりいっそうの均熱化が図られる。

【００６８】・ アール面１８は角部に対する面取り加
工により形成されてもよいほか、生成形体を金型成形す
る際に同時に形成されてもよい。 ・ 外形カット工程前におけるハニカムフィルタＦ１の
形状は、実施形態のような断面正方形状の四角柱のみに
限定されることはない。例えば、図７に示される別例の
ハニカムフィルタＦ２のような断面長方形状の四角柱で
もよい。さらには、図８に示される別例のハニカムフィ
ルタＦ３のように三角柱状にしたり、図９に示される別
例のハニカムフィルタＦ４のように六角柱状にしても構
わない。

【００６９】・ 実施形態においては、本発明のセラミ
ックフィルタ集合体を、ディーゼルエンジン２に取り付
けられる排気ガス浄化装置用フィルタとして具体化して
いた。勿論、本発明のセラミックフィルタ集合体は、排
気ガス浄化装置用フィルタ以外のものとして具体化され
ることができ、例えば熱交換器用部材、高温流体や高温
蒸気のための濾過フィルタ等として具体化されることが
できる。

【００７０】次に、特許請求の範囲に記載された技術的
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想を以下に列挙する。 （１） 請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、前記
集合体はディーゼルパティキュレートフィルタであるこ
と。

【００７１】（２） 請求項１乃至３、技術的思想１，
２のいずれか１つにおいて、前記シール材層は、少なく
とも無機繊維、無機バインダ、有機バインダ及び無機粒
子からなり、かつ三次元的に交錯する前記無機繊維と無
機粒子とを、前記無機バインダ及び有機バインダを介し
て互いに結合してなる弾性質素材からなること。

【００７２】（３） 請求項１乃至３、技術的思想１，
２のいずれか１つにおいて、前記シール材層は、固形分
で１０重量％〜７０重量％のシリカ−アルミナセラミッ
クファイバ、１重量％〜３０重量％のシリカゾル、０．
１重量％〜５．０重量％のカルボメトキシセルロース及
び３重量％〜８０重量％の炭化珪素粉末からなること。

【００７３】（４） 請求項１乃至３、技術的思想１乃
至３のいずれか１つにおいて、前記シール材層の厚さは
０．３ｍｍ〜３ｍｍであること。従って、この技術的思
想４に記載の発明によれば、十分な接着力を確保できる
とともに、ハニカムフィルタ間での熱伝導が阻害されに
くくなる。シール材層の厚さが３ｍｍを超えるようにな
ると、たとえ熱伝導率が高くてもシール材層が依然とし
て大きな熱抵抗となり、ハニカムフィルタ間の熱伝導が
阻害されてしまう。逆に、シール材層の厚さが０．３ｍ
ｍ未満であると、大きな熱抵抗にはならない反面、ハニ
カムフィルタ同士を接着する力が不足してしまい、集合
体が破壊しやすくなる。

【００７４】（５） 内燃機関の排気管の途上に設けら
れたケーシング内に、セラミック焼結体からなる複数の
ハニカムフィルタの外周面同士をセラミック質シール材
層を介して接着することにより前記各ハニカムフィルタ
を一体化してなるセラミックフィルタ集合体を収容する
とともに、その集合体の外周面と前記ケーシングの内周
面とがなす隙間に断熱材を充填した排気ガス浄化装置に
おいて、各ハニカムフィルタの外周面における角部は面
取りが施されたアール面となっており、そのアール面の
曲率がＲ＝０．３〜２．５であることを特徴とする排気
ガス浄化装置。従って、この技術的思想５に記載の発明
によれば、高強度かつ高濾過能力であって実用性に優れ
た装置を提供することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、強度に優れたセラミックフィルタ集
合体を提供することができる。

【００７６】請求項２に記載の発明によれば、濾過能力
が高くかつ圧力損失が小さく、耐熱性及び熱伝導性に優
れた集合体とすることができる。請求項３に記載の発明
によれば、強度のさらなる向上及び集合体の均熱性向上
を図ることができる。

【００７７】請求項４に記載の発明によれば、強度に優
れたセラミックフィルタ集合体を製造するうえで好適な
ハニカムフィルタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態の排気ガス浄化
装置の全体概略図。

【図２】実施形態のセラミックフィルタ集合体の斜視
図。

【図３】実施形態のハニカムフィルタの斜視図。

【図４】前記排気ガス浄化装置の要部拡大断面図。

【図５】前記セラミックフィルタ集合体の要部拡大断面
図。

【図６】別例のセラミックフィルタ集合体の要部拡大断
面図。

【図７】別例のハニカムフィルタの斜視図。

【図８】別例のハニカムフィルタの斜視図。

【図９】別例のハニカムフィルタの斜視図。

【符号の説明】

９，２１…セラミックフィルタ集合体、１５…セラミッ
ク質シール材層、１８…アール面、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，
Ｆ４…ハニカムフィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G090 AA03 4D019 AA01 BA05 BB10 BC12 BD06 CA01 CB01 CB04 CB06 4D058 JA32 JA35 JB06 KA06 KA08 KA11 KA23 SA08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック焼結体からなる複数の角柱状ハ
   ニカムフィルタの外周面同士をセラミック質シール材層
   を介して接着することにより、前記各ハニカムフィルタ
   を一体化してなる集合体であって、各ハニカムフィルタ
   の外周面における角部を面取りが施されたアール面と
   し、そのアール面の曲率をＲ＝０．３〜２．５としたこ
   とを特徴とするセラミックフィルタ集合体。
2. 【請求項２】前記ハニカムフィルタは多孔質炭化珪素焼
   結体からなること特徴とする請求項１に記載のセラミッ
   クフィルタ集合体。
3. 【請求項３】前記ハニカムフィルタは四角柱状であっ
   て、かつフィルタ軸線方向に直交する方向に沿って互い
   にずらした状態で配置されていることを特徴とする請求
   項１または２に記載のセラミックフィルタ集合体。
4. 【請求項４】セラミック焼結体からなり、セラミックフ
   ィルタ集合体の構成部材として用いられる角柱状ハニカ
   ムフィルタであって、外周面における角部を面取りが施
   されたアール面とし、そのアール面の曲率をＲ＝０．３
   〜２．５としたことを特徴とするハニカムフィルタ。