JP2001097777A

JP2001097777A - 多孔質炭化珪素焼結体、ハニカムフィルタ、セラミックフィルタ集合体

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Publication number: JP2001097777A
Application number: JP27712199A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Ono; 一茂大野; Masahiro Tsuji; 昌宏辻
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-10
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP3965007B2

Abstract

(57)【要約】【課題】濾過能力が高くてしかも強度に優れたハニカ
ムフィルタを提供すること。【解決手段】このハニカムフィルタ９は柱状であっ
て、多孔質組織を構成する炭化珪素結晶粒子１６同士が
ネック部１７によって結合された焼結体からなる。粒径
が５μｍ〜２０μｍの結晶粒子１６は、焼結体中に３０
％以上含まれる。結晶粒子１６のネック部１７は、０．
１ｍｍ四方の範囲内に２０個〜１５０個存在している。

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、及びそれの製造に使用可能な
ハニカムフィルタ、多孔質炭化珪素焼結体に関するもの
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、多孔質コーディエライト製や多孔質炭化珪素製のハ
ニカムフィルタが知られている。

【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。また、トラップされた微粒子を加熱して燃やすこと
により、フィルタが再生されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、多孔質コー
ディエライトを用いたハニカムフィルタは、熱伝導率が
低いため、焼結体内に温度差が生じやすく、相対的に低
温となった部分に微粒子の燃え残りが生じやすいという
欠点があった。また、その原因は、板状結晶からなるコ
ーディエライトでは、結晶粒子の結合部分の形状が鋭角
的であり、結晶粒子同士の接触面積が極端に小さいこと
にある、と考えられていた。

【０００６】また、多孔質炭化珪素を用いたハニカムフ
ィルタの場合には、燃え残りの発生という欠点に加え、
熱応力によるクラックの発生という問題もあった。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、多孔質であるにもかかわらず高熱伝導率の多孔質炭
化珪素焼結体を提供することにある。

【０００７】また、本発明の別の目的は、濾過能力が高
くてしかも強度に優れたハニカムフィルタ、セラミック
フィルタ集合体を提供することにある。

【０００８】

【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、多孔質組織を構成す
る炭化珪素結晶粒子同士がネック部によって結合された
焼結体であって、粒径が５μｍ〜２０μｍの結晶粒子が
焼結体中に３０％以上含まれるとともに、前記結晶粒子
のネック部が０．１ｍｍ四方の範囲内に２０個〜１５０
個存在していることを特徴とする多孔質炭化珪素焼結体
をその要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記焼結体の熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫ〜７５Ｗ／ｍ
Ｋであるとした。請求項３に記載の発明では、多孔質組
織を構成する炭化珪素結晶粒子同士がネック部によって
結合された焼結体からなる柱状ハニカムフィルタであっ
て、粒径が５μｍ〜２０μｍの結晶粒子が焼結体中に３
０％以上含まれるとともに、前記結晶粒子のネック部が
０．１ｍｍ四方の範囲内に２０個〜１５０個存在してい
ることを特徴とするハニカムフィルタをその要旨とす
る。

【００１０】請求項４に記載の発明では、多孔質組織を
構成する炭化珪素結晶粒子同士がネック部によって結合
された焼結体からなる複数の角柱状ハニカムフィルタを
構成部材として用い、それら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、粒径が
５μｍ〜２０μｍの結晶粒子が焼結体中に３０％以上含
まれるとともに、前記結晶粒子のネック部が０．１ｍｍ
四方の範囲内に２０個〜１５０個存在していることを特
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】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１，２に記載の発明によると、結晶粒子のネ
ック部が０．１ｍｍ四方の範囲内に２０個〜１５０個存
在していることから、組織の緻密化による気孔率の低下
を回避しつつ熱伝導率を高くすることができる。ネック
部の個数が２０個／０．１ｍｍ²未満であると、大きな
接触面積をもって結合される結晶粒子の比率が減り、熱
伝導率が小さくなってしまう。逆に、ネック部の存在数
が１５０個／０．１ｍｍ²を超えると、熱伝導率が高く
なる反面、組織の緻密化が進むことによる気孔率の低下
が避けられなくなる。

【００１２】この場合、焼結体の熱伝導率は２０Ｗ／ｍ
Ｋ〜７５Ｗ／ｍＫであることがよい。熱伝導率が小さす
ぎると、焼結体内部に温度差が生じやすくなり、クラッ
クをもたらす原因となる大きな熱応力の発生につながっ
てしまう。逆に、熱伝導率を高くしようとすると、製造
が困難となり、安定的な材料供給が難しくなる。

【００１３】請求項３，４に記載の発明によると、結晶
粒子のネック部が０．１ｍｍ四方の範囲内に２０個〜１
５０個存在していることから、組織の緻密化による気孔
率の低下を回避することができ、高い濾過能力が付与さ
れる。また、熱伝導率を高くすることができるため、燃
え残りが発生しにくくなり、熱応力によるクラックの発
生も防止される。

【００１４】

【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６に基づき詳細に説明する。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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、ハニカムフィルタ９が収容されている。

【００１８】ハニカムフィルタ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、ハニカムフィ
ルタ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。

【００１９】本実施形態において用いられるハニカムフ
ィルタ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等に示さ
れるように、本実施形態のハニカムフィルタ９は円柱状
である。

【００２０】ハニカムフィルタ９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、
とりわけ強度、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。

【００２１】図２，図３，図４に示されるように、本実
施形態のハニカムフィルタ９は、いわゆるハニカム構造
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。ハニカムフィルタ９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９
ａ，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９
ａ，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９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。

【００２２】ハニカムフィルタ９の平均気孔径は１μｍ
〜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９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、捕集効率が低下し
てしまう。

【００２３】ハニカムフィルタ９の気孔率は３０％〜７
０％、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９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９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。

【００２４】多孔質炭化珪素焼結体を選択した場合にお
いてハニカムフィルタ９の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫ〜
７５Ｗ／ｍＫであることがよく、さらには３０Ｗ／ｍＫ
〜７０Ｗ／ｍＫであることが特によい。熱伝導率が小さ
すぎると、ハニカムフィルタ９内に温度差が生じやすく
なり、クラックをもたらす原因となる大きな熱応力の発
生につながってしまう。逆に、熱伝導率を高くしようと
すると、製造が困難となり、安定的な材料供給が難しく
なる。

【００２５】図５（ａ）にて概略的に示されるように、
本実施形態のハニカムフィルタ９では、多孔質組織を構
成する炭化珪素結晶粒子１６同士が、いわゆるネック部
１７によって結合されている。ここでネック部１７と
は、炭化珪素の固相焼結によって粒界に生じる構造を指
す。本実施形態のハニカムフィルタ９では、ネック部１
７の外表面が、なめらかな曲線状になっている。なお、
参考として図６に焼結体のＳＥＭ写真を載せる。

【００２６】ネック部１７の外表面の曲率半径は３μｍ
以上であることがよく、さらには３μｍ〜１００μｍ、
特には５μｍ〜２０μｍであることがよい。曲率半径が
３μｍよりも小さいと、結晶粒子１６同士の接触面積が
大きくならず、結晶粒子１６間の結合強度を十分に向上
できなくなるからである。具体的にいうと、４５ＭＰａ
以上の曲げ強度をハニカムフィルタ９に付与できなくな
るからである。逆に、曲率半径が１００μｍ以上になる
と、ハニカムフィルタ９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。従っ
て、濾過能力が低下してしまう。

【００２７】結晶粒子１６のネック部１７は、焼結体中
の任意箇所における０．１ｍｍ四方の範囲内に、２０個
〜１５０個存在していることが必要である。単位面積あ
たりのネック部１７の個数は、３０個／０．１ｍｍ²〜
１２０個／０．１ｍｍ²であることが好ましく、５０個
／０．１ｍｍ²〜１００個／０．１ｍｍ²であることがよ
り好ましい。

【００２８】ネック部１７の個数が２０個／０．１ｍｍ
²未満であると、大きな接触面積をもって結合される結
晶粒子１６の比率が減り、熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫより
も小さくなってしまう。従って、ハニカムフィルタ９内
における燃え残りの発生や、熱応力によるクラックの発
生を確実に防止することができなくなる。逆に、ネック
部１７の存在数が１５０個／０．１ｍｍ²を超えると、
７５Ｗ／ｍＫという高い熱伝導率を実現することができ
る反面、組織の緻密化が進むことによる気孔率の低下が
避けられなくなる。従って、ハニカムフィルタ９内に排
気ガスを流通させることができなくなり、濾過能力が低
下してしまう。

【００２９】なお、結晶粒子１６のうち粒径が５μｍ〜
３０μｍのものの存在率は３０％以上であることがよ
く、特には３５％〜８０％であることがよい。その理由
は、熱伝導率の向上にとって有利に働くからである。ま
た、焼結体における炭化珪素結晶粒子１６の平均粒径は
５μｍ〜１５μｍ程度であることがよい。

【００３０】次に、上記のハニカムフィルタ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
ーストをあらかじめ作製しておく。

【００３１】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。

【００３２】この場合、セラミック原料スラリーは、平
均粒径の異なる２種の炭化珪素粉末を用いて作製される
ことが望ましい。より具体的にいうと、平均粒径が１５
μｍ前後の大粉と平均粒径が１μｍ前後の微粉とを混合
して用いることが望ましい。その理由は、所定量の微粉
の存在によってネック焼結が促進される結果、単位面積
あたりのネック部１７の数が確実に増え、かつネック部
１７の曲率半径も大きくなるからである。

【００３３】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、円柱状のハニカム成形体切断片を得る。
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。

【００３４】続いて、温度・時間等を所定の条件に設定
して本焼成を行って、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とにより、所望のハニカムフ
ィルタ９が完成する。

【００３５】本実施形態では焼成温度を２１００℃〜２
３００℃に設定し、かつ焼成時間を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。
なお、焼成温度は前記範囲内において極力高めに設定さ
れることが望ましい。このような温度設定によってネッ
ク焼結が促進され、単位面積あたりのネック部１７の数
の増加、及びネック部１７の曲率半径の増大が図れるか
らである。

【００３６】次に、上記のハニカムフィルタ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内に収容されたハニカムフィルタ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９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１３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９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、ハニカムフィルタ
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。

【００３７】

【実施例及び比較例】（実施例）平均粒径１０μｍのα
型炭化珪素粉末５１．５重量％と、平均粒径０．５μｍ
のα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。具体的には、α型炭化珪素粉末
として、平均粒径が１０μｍのもの（屋久島電工株式会
社製、商品名：Ｃ−１０００Ｆ）と、平均粒径が０．５
μｍのもの（屋久島電工株式会社製、商品名：ＧＣ−１
５）とを用いた。

【００３８】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、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２
２５０℃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９を得た。各ハニカムフ
ィルタ９の直径は１００mmに設定し、長さは２００mmに
設定した。

【００３９】次に、上記のようにして得られたハニカム
フィルタ９の組織をＳＥＭで観察した。この調査による
と、ネック部１７が、なめらかで曲線的な形状になって
いることが確認された。また、ＳＥＭ写真に基づいてネ
ック部１７の外表面の曲率半径を測定したところ、その
平均値は約１０μｍであった。粒径が５μｍ〜２０μｍ
の結晶粒子１６は、焼結体中に約６０％ほど含まれてい
た。

【００４０】また、前記ＳＥＭ写真内における複数の箇
所に０．１ｍｍ四方のエリアを設定し、各エリア内に存
在するネック部１７の個数をカウントし、それらの平均
値を求めた。その結果、実施例では単位面積あたりのネ
ック部１７の個数は約１００個／０．１ｍｍ²であっ
た。即ち、大きな接触面積をもって結合される結晶粒子
１６の比率が高かった。

【００４１】そこで、前記ハニカムフィルタ９の熱伝導
率（Ｗ／ｍＫ）を従来公知の方法により測定したとこ
ろ、その測定値は約７０Ｗ／ｍＫであった。従って、こ
のハニカムフィルタ９には極めて高い熱伝導性が付与さ
れていた。また、ハニカムフィルタ９をケーシング８内
に収容して一定期間使用をした。その結果、ハニカムフ
ィルタ９内に温度差ができにくく、ハニカムフィルタ９
に何らクラックは発生しなかった。（比較例１）比較例１では、基本的には実施例と同様
に、炭化珪素粉末を用いてハニカムフィルタ９を製造す
ることとした。ハニカムフィルタ９の寸法等は実施例と
等しくした。ただし、ここではα型炭化珪素粉末として
平均粒径が１５μｍ前後のものを１種のみを用い、かつ
焼成温度をやや低めに設定した。

【００４２】ＳＥＭ観察を行ったところ、ネック部１７
は、それほどなめらかで曲線的な形状にはなっておら
ず、曲率半径の平均値は約１μｍ程度であった。単位面
積あたりのネック部１７の個数は、約１０個／０．１ｍ
ｍ²と少なかった。

【００４３】よって、ハニカムフィルタ９の熱伝導率の
測定値は約１５Ｗ／ｍＫであり、実施例に比べて熱伝導
性に劣っていた。ハニカムフィルタ９をケーシング８内
に収容して一定期間使用をした結果、熱応力の発生に起
因してハニカムフィルタ９に若干のクラックが認められ
た。また、温度の低かった部分に微粒子の燃え残りが確
認された。

【００４４】（比較例２）比較例２では、コーディエラ
イトの多孔質焼結体を用いて実施例と同寸法のハニカム
フィルタを製造することとした。

【００４５】ＳＥＭ観察を行ったところ、板状の結晶粒
子１６の結合部分には、多孔質炭化珪素焼結体のときの
ようなネック部１７は存在していなかった。ゆえに、単
位面積あたりのネック部１７の個数は０個／０．１ｍｍ
²であった。また、結晶粒子１６の結合部分の形状も鋭
角的であって、なめらかで曲線的な形状であるとはいい
難かった（図５(b)参照）。

【００４６】よって、ハニカムフィルタの熱伝導率の測
定値は約３Ｗ／ｍＫと極端に低く、実施例に比べて極め
て熱伝導性に劣っていた。ハニカムフィルタをケーシン
グ８内に収容して一定期間使用をした結果、クラックは
認められなかったものの、温度の低かった部分に微粒子
の燃え残りが確認された。

【００４７】従って、本実施形態の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）実施例のハニカムフィルタ９においては、結晶粒
子１６のネック部１７が０．１ｍｍ四方の範囲内に２０
個〜１５０個存在している。組織の緻密化による気孔率
の低下を回避することができ、ハニカムフィルタ９に高
い濾過能力を付与することができる。また、熱伝導率を
高くすることができるため、ハニカムフィルタ９内に部
分的な燃え残りが発生しにくくなる。しかも、熱応力に
よるクラックの発生が防止される結果、ハニカムフィル
タ９が破壊に強くなる。そして、このようなハニカムフ
ィルタ９を用いた排気ガス浄化装置１は、高強度であっ
て長期にわたり使用可能なため、実用性に優れたものと
なる。

【００４８】（２）実施例のハニカムフィルタ９の熱伝
導率は、２０Ｗ／ｍＫ〜７５Ｗ／ｍＫという好適範囲内
に設定されている。従って、製造の困難化や高コスト化
を回避しつつ、確実に高熱伝導化を図ることができる。

【００４９】（３）実施例のハニカムフィルタ９におい
ては、ネック部１７がなめらかな曲線状になっているた
め、結晶粒子１６同士の接触面積が大きくなっている。
このため、結晶粒子１６間の結合強度が向上し、粒界で
の破断が起こりにくい。従って、多孔質組織であったと
しても十分な機械的強度を確保することができ、破壊し
にくいハニカムフィルタ９を得ることができる。なお、
ネック部１７の曲率半径の平均値が３μｍ以上であるた
め、４５ＭＰａ以上の十分な曲げ強度をハニカムフィル
タ９に付与することができる。

【００５０】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９の形状は、実施形態のような円
柱状に限定されることはなく、三角柱状、四角柱状、六
角柱状等に変更しても構わない。

【００５１】・図７に示される別例のように、複数個
（ここでは１６個）のハニカムフィルタ２３を組み合わ
せて１つのセラミックフィルタ集合体２１を製造しても
よい。集合体２１を構成する角柱状ハニカムフィルタ２
３は、多孔質組織を構成する炭化珪素結晶粒子１６同士
がネック部１７によって結合された焼結体からなる。ハ
ニカムフィルタ２３の外周面は、互いにセラミック質シ
ール材層２２を介して接着されている。その結果、各ハ
ニカムフィルタ２３が束ねられた状態で一体化されてい
る。このような構成にすれば、加熱による温度勾配に起
因する応力によってクラックが発生するのを防止でき、
熱衝撃にも強くなる。従って、比較的容易にフィルタの
大型化を達成することができる。

【００５２】・ハニカムフィルタ２３の組み合わせ数
は、前記別例のように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２３を適宜組み合わせて使用す
ることも勿論可能である。

【００５３】・ハニカムフィルタ９，２３は前記実施
形態や別例にて示したようなハニカム状構造を有するも
ののみに限られず、例えば三次元網目構造、フォーム状
構造、ヌードル状構造、ファイバ状構造等であってもよ
い。

【００５４】・実施形態においては、本発明のハニカ
ムフィルタ（または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、本発明のハニ
カムフィルタ（または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
れることができる。その例としては、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が挙げられ
る。さらに、本発明の多孔質炭化珪素焼結体は、フィル
タ以外の用途にも適用可能である。

【００５５】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４のいずれか１つにおいて、前記
ネック部がなめらかな曲線状になっていること。

【００５６】（２）請求項１乃至４、技術的思想１の
いずれか１つにおいて、前記ネック部の曲率半径は３μ
ｍ以上であること。（３）請求項１乃至４、技術的思想１，２のいずれか
１つにおいて、前記焼結体の曲げ強度は４５ＭＰａ以上
であること。従って、この技術的思想３に記載の発明に
よれば、高い機械的強度が付与される。

【００５７】（４）内燃機関の排気管の途上に設けら
れたケーシング内に、請求項３に記載のハニカムフィル
タまたは請求項４に記載のセラミックフィルタ集合体を
収容するとともに、前記フィルタまたは前記集合体の外
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。従って、この技術的思想
４に記載の発明によれば、高強度であって長期にわたり
使用可能なため、実用性に優れた装置を提供することが
できる。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１，２に記
載の発明によれば、多孔質であるにもかかわらず高熱伝
導率の多孔質炭化珪素焼結体を提供することができる。

【００５９】請求項３に記載の発明によれば、濾過能力
が高くてしかも強度に優れたハニカムフィルタを提供す
ることができる。請求項４に記載の発明によれば、濾過
能力が高くてしかも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。

【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】実施形態のハニカムフィルタの斜視図。

【図３】実施形態のハニカムフィルタのＡ−Ａ線におけ
る断面図。

【図４】前記排気ガス浄化装置の要部拡大断面図。

【図５】（ａ）は多孔質炭化珪素からなる実施例のハニ
カムフィルタの焼結体組織の拡大概略断面図、（ｂ）は
多孔質コーディエライトからなる比較例２の焼結体組織
の拡大概略断面図。

【図６】(ａ)，(ｂ)は実施例のハニカムフィルタのＳＥ
Ｍ写真。

【図７】複数個のハニカムフィルタを用いて構成される
別例のセラミックフィルタ集合体の斜視図。

【符号の説明】

９，２３…ハニカムフィルタ、１６…結晶粒子、１７…
ネック部、２１…セラミックフィルタ集合体、２２…セ
ラミック質シール材層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ｃ０４Ｂ 35/56 １０１ＺＦターム(参考） 3G090 AA03 4D019 AA01 BA05 BB06 BC07 BC12 BC20 BD01 CA01 CB03 CB04 CB06 4G001 BA22 BB22 BC12 BC13 BC52 BC54 BC56 BD03 BD14 BD15 BD36 BE02 BE13 BE22 BE26 BE33 BE39 4G019 FA00 FA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質組織を構成する炭化珪素結晶粒子同
士がネック部によって結合された焼結体であって、粒径
が５μｍ〜２０μｍの結晶粒子が焼結体中に３０％以上
含まれるとともに、前記結晶粒子のネック部が０．１ｍ
ｍ四方の範囲内に２０個〜１５０個存在していることを
特徴とする多孔質炭化珪素焼結体。
【請求項２】前記焼結体の熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫ〜７
５Ｗ／ｍＫであることを特徴とする請求項１に記載の多
孔質炭化珪素焼結体。
【請求項３】多孔質組織を構成する炭化珪素結晶粒子同
士がネック部によって結合された焼結体からなる柱状ハ
ニカムフィルタであって、粒径が５μｍ〜２０μｍの結
晶粒子が焼結体中に３０％以上含まれるとともに、前記
結晶粒子のネック部が０．１ｍｍ四方の範囲内に２０個
〜１５０個存在していることを特徴とするハニカムフィ
ルタ。
【請求項４】多孔質組織を構成する炭化珪素結晶粒子同
士がネック部によって結合された焼結体からなる複数の
角柱状ハニカムフィルタを構成部材として用い、それら
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、粒径が５μｍ〜２０μｍの結晶粒子
が焼結体中に３０％以上含まれるとともに、前記結晶粒
子のネック部が０．１ｍｍ四方の範囲内に２０個〜１５
０個存在していることを特徴とするセラミックフィルタ
集合体。