JP2001162121A - セラミックフィルタ集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外周面における流体のリークが起こりにくい
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、多孔質セラミック焼結体からなる複数のフィルタ
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、各フィルタＦ１を一体化したも
のである。集合体９は全体として断面略円形状に外形カ
ットされる。この外形カットにより露出した外周面９ｃ
には、セラミック質からなる凹凸解消層１６が形成され
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】ところで、従来のセラ
ミックフィルタ集合体は、全体として断面矩形状を呈し
ている。また、このような集合体を外形カットすること
により、全体として断面略円形状または断面略楕円形状
にした状態で使用することも行われている。

【０００９】しかし、フィルタは多数のセルを有するも
のであるため、集合体の外形カットを行うと、新たに露
出する集合体の外周面においてセル壁が剥き出しにな
り、結果として外周面に凹凸ができる。従って、外周面
に断熱材を設けた状態で集合体をケーシング内に収容し
たとしても、フィルタ長手方向に沿って隙間が生じるこ
とが避けられない。このため、その隙間を介して排気ガ
スがリークしやすくなり、排気ガスの処理効率が低下す
るという問題があった。

【００１０】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、外周面における流体のリークが起
こりにくいセラミックフィルタ集合体を提供することに
ある。

【００１１】

【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、多孔質セラミック焼
結体からなる複数の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、前記各フィ
ルタを一体化してなる集合体であって、全体として断面
略円形状または断面略楕円形状に外形カットされること
により露出した外周面に、セラミック質からなる凹凸解
消層が形成され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。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記凹凸解消層の厚さは０．１ｍｍ〜１０ｍｍであ
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、前記凹凸解消層のフィルタ軸線方向における
端部は、曲率半径Ｒ＝０．１ｍｍ〜１０ｍｍの曲面形状
になっているとした。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか１項において、前記シール材層は前記凹凸解
消層はよりも薄くなるように形成されているとした。請
求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項
において、前記凹凸解消層は前記シール材層と同じ材料
を用いて形成されているとした。

【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５
のいずれか１項において、前記フィルタは、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。

【００１５】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、凹凸解消層によっ
て凹凸が埋められることにより、集合体の外周面がフラ
ットな状態になる。従って、集合体の収容時にその外周
面に隙間ができにくくなる。また、この凹凸解消層はセ
ラミック質からなるので、多孔質セラミック焼結体から
なるフィルタとの密着性及び耐熱性に優れている。

【００１６】請求項２に記載の発明によると、集合体の
製造が困難にならない範囲で、流体のリークを確実に防
止することができる。凹凸解消層が薄すぎると、集合体
の外周面にある凹凸を完全に埋めることができず、依然
としてそこに隙間が残りやすくなる。逆に、凹凸解消層
を厚くしようとすると、同層の形成が困難になったり、
集合体全体が大径化したりするおそれがある。

【００１７】請求項３に記載の発明によると、凹凸解消
層のフィルタ軸線方向における端部が所定曲率半径の曲
面形状になっているため、使用時のヒートサイクルによ
り発生した応力の集中が緩和される。従って、応力の一
点集中を回避することができ、凹凸解消層におけるクラ
ック等の発生を防止することが可能となる。曲率半径Ｒ
が０．１ｍｍを下回ると、使用時のヒートサイクルによ
り発生した応力が、凹凸解消層の端部の一点に集中しや
すくなり、場合によっては凹凸解消層の端部にてクラッ
クが発生する可能性がある。一方、曲率半径Ｒが１０ｍ
ｍを超えると、凹凸解消層の端部においてその厚さが薄
くなる結果、場合によっては流体リークの防止という本
来の機能が損なわれるおそれがある。

【００１８】請求項４に記載の発明によると、シール材
層を凹凸解消層よりも薄くなるように形成しておくこと
により、濾過能力及び熱伝導性の低下が未然に防止され
る。請求項５に記載の発明によると、シール材層と同じ
材料を用いて凹凸解消層を形成していることから、凹凸
解消層とシール材層との境界部分にクラックが生じにく
くなる。また、シール材層形成用の材料とは異なる別の
材料を用意する必要がないので、集合体の製造が容易に
なり、高コスト化も回避される。

【００１９】請求項６に記載の発明によると、あらかじ
め互いにずらした状態でフィルタを配置しておくことに
より、使用時にフィルタにずれが生じにくくなるため、
集合体の破壊強度が向上する。また、集合体の径方向に
沿った熱伝導性が向上する結果、集合体の外周部分と中
心部分との間で温度差ができにくくなる。

【００２０】

【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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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３に示されるように、本実施形態の集合体９は、
複数個のフィルタ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。四角柱状のフィルタＦ1
の周囲には、四角柱状でない異型のフィルタ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。

【００２６】これらのフィルタ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。

【００２７】図３等に示されるように、これらのフィル
タＦ１は、いわゆるハニカム構造体である。ハニカム構
造体を採用した理由は、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
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、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。

【００２８】フィルタＦ１の平均気孔径は１μｍ〜５０
μｍ、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、捕集効率が低下してしまう。

【００２９】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、フィルタＦ１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、
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。

【００３０】図２，図３に示されるように、合計１６個
のフィルタ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。

【００３１】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のシール材を用いて形成される
ことが望ましい。

【００３２】前記シール材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。

【００３３】この場合、シール材におけるシリカ−アル
ミナセラミックファイバの含有量は、固形分で１０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とともに、弾力性が低下する
からである。

【００３４】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、フィルタＦ１の外周面が傷付
いてしまうからである。

【００３５】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
維が毛玉のようになっ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を薄くすることがで
きなくなり、フィルタＦ１間の熱伝導性の低下を招くか
らである。

【００３６】前記シール材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Ｓ
ｉＯ₂ 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。

【００３７】この場合、シール材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。

【００３８】前記シール材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。

【００３９】この場合、シール材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
れたシール材が硬化する際に、シール材中のバインダ
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。

【００４０】前記シール材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。

【００４１】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
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。

【００４２】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くからである。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。

【００４３】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
のコスト高につながるからである。

【００４４】図２等に示されるように、本実施形態のセ
ラミックフィルタ集合体９の外周面９ｃには、セラミッ
ク質からなる凹凸解消層１６が形成されている。この凹
凸解消層１６は、少なくともセラミック繊維及びバイン
ダをその成分として含むセラミック材料を用いて形成さ
れる。前記セラミック材料中には、炭化珪素、窒化珪
素、窒化硼素等のような無機粒子が含まれていることが
よい。前記バインダとしては、シリカゾルやアルミナゾ
ル等のような無機バインダを用いることがよいほか、多
糖類等に代表される有機バインダを用いることがよい。
また、前記セラミック材料は、三次元的に交錯するセラ
ミック繊維と無機粒子とがバインダを介して互いに結合
されたものであることが望ましい。なお、凹凸解消層１
６はシール材層１５と同種の材料を用いて形成されるこ
とが望ましく、特には全く同じ材料を用いて形成される
ことが極めて望ましい。

【００４５】凹凸解消層１６の厚さは０．１ｍｍ〜１０
ｍｍであることがよく、さらには０．３ｍｍ〜２ｍｍで
あることがよく、特には０．５ｍｍ〜１ｍｍであること
がよい。凹凸解消層１６が薄すぎると、セラミックフィ
ルタ集合体９の外周面９ｃにある凹凸１７を完全に埋め
ることができず、依然としてそこに隙間が残りやすくな
るからである。逆に、凹凸解消層１６を厚くしようとす
ると、層形成が困難になったり、集合体９全体が大径化
したりするおそれがあるからである。

【００４６】なお、シール材層１５は凹凸解消層１６よ
りも薄くなるように形成されることが好ましく、具体的
には０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲内でそのように形成され
ることが望ましい。シール材層１５を凹凸解消層１６よ
りも薄くなるように形成しておくことにより、濾過能力
及び熱伝導性の低下が未然に防止されるからである。

【００４７】ところで、凹凸解消層１６のフィルタ軸線
方向における端部は、曲面形状になっていることが好ま
しい（図４にて示される曲面部１８を参照）。より具体
的にいうと、前記端部は、曲率半径Ｒ＝０．１ｍｍ〜１
０ｍｍの曲面形状、さらには０．５ｍｍ〜２ｍｍの曲面
形状になっていることが好ましい。

【００４８】曲率半径Ｒが０．１ｍｍを下回ると、使用
時のヒートサイクルにより発生した応力が、凹凸解消層
１６の端部の一点に集中しやすくなり、場合によっては
凹凸解消層１６の端部にてクラックや欠けが発生する可
能性があるからである。

【００４９】一方、曲率半径Ｒが１０ｍｍを超えると、
凹凸解消層１６の端部においてその厚さが薄くなる結
果、場合によっては排気ガスのリークの防止という本来
の機能が損なわれるおそれがあるからである。

【００５０】なお、曲面部１８における曲率半径Ｒの値
は、凹凸解消層１６の厚さが厚いときほど大きめに設定
されることがよい。次に、上記のセラミックフィルタ集
合体９を製造する手順を図５に基づいて説明する。

【００５１】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、凹凸解消層形成工程で使用する凹凸解消層形成用
ペーストをあらかじめ作製しておく。シール材層形成用
ペーストを凹凸解消層の形成にも使用する場合には、凹
凸解消層形成用ペーストは作製しておかなくてよい。

【００５２】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（凹凸解消層形成用ペーストについても同様。）
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。

【００５３】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。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。

【００５４】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１
４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。

【００５５】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。

【００５６】次に、必要に応じてフィルタ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。この時点では、図５
（ａ）に示されるように、セラミックフィルタ集合体９
Ａは全体として断面正方形状を呈している。

【００５７】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９Ａ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、図５（ｂ）に示されるように、断面円形
状のセラミックフィルタ集合体９が得られる。なお、外
形カットによって新たに露出した面においては、セル壁
１３が部分的に剥き出しになり、結果として外周面９ｃ
に凹凸１７ができる。本実施形態においてできる凹凸１
７は、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度のものであって、集合体
９の軸線方向（即ちフィルタＦ１の長手方向）に沿って
延びる突条と溝とからなる。

【００５８】続く凹凸解消層形成工程では、前記シール
材層形成用ペーストを凹凸解消層形成用ペーストとして
用いるとともに、当該ペーストを集合体９の外周面９ｃ
の上に均一に塗布する。この後、必要に応じて曲面部形
成工程を行い、凹凸解消層１６のフィルタ軸線方向にお
ける両端部に曲面部１８を形成する。具体的には、例え
ば凹凸解消層１６における両端部をブラシ等の器具を用
いてブラッシングすることにより当該部分を若干擦り取
る、という手法がある。このような工程を経ると、好適
な形状の曲面部１８が形成されるばかりでなく、端面９
ａ，９ｂにはみ出していた余剰のペーストも除去され
る。

【００５９】そして、以上の結果、図５（ｃ）に示され
るセラミックフィルタ集合体９が完成する。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。

【００６０】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フィルタＦ
１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。

【００６１】

【実施例及び比較例】（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。

【００６２】（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、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、多孔質で
ハニカム状の炭化珪素製フィルタＦ１を得た。

【００６３】（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の形成及び凹凸解消層１６の形成の両方
に使用される兼用ペーストを作製した。

【００６４】（４）次に、フィルタＦ１の外周面に前記
兼用ペーストを均一に塗布するとともに、フィルタＦ１
の外周面同士を互いに密着させた状態で、５０℃〜１０
０℃×１時間の条件にて乾燥・硬化させる。その結果、
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。

【００６５】（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を作製した後、その露出した外周面９ｃに前記兼
用ペーストを均一に塗布した。そして、５０℃〜１００
℃×１時間の条件で乾燥・硬化して、厚さ０．６ｍｍの
凹凸解消層１６を形成し、集合体９を完成させた。

【００６６】そしてこの後、凹凸解消層１６の端部を均
一にブラッシングすることによりその部分を若干擦り取
って、曲率半径Ｒ＝約１ｍｍの曲面部１８を形成した。
そして、上記のようにして得られた集合体９の各所を肉
眼で観察したところ、外周面９ｃの凹凸１７は凹凸解消
層１６によってほぼ完全に埋められており、外周面９ｃ
はフラットな状態になっていた。また、凹凸解消層１６
とフィルタＦ１との境界部分、凹凸解消層１６とシール
材層１５との境界部分のいずれについても、クラックは
生じていなかった。従って、これらの境界部分には高い
密着性・シール性が確保されていることが示唆された。
勿論、凹凸解消層１６自体にもクラックや欠けは認めら
れなかった。

【００６７】そこで、断熱材１０を巻き付けた状態で集
合体９をケーシング８内に収容したところ、集合体９の
外周面９ｃには隙間ができなかった。また、実際に排気
ガスを供給してみたところ、外周面９ｃの隙間を介して
下流側に排気ガスがリークしていないことがわかった。
従って、本実施例によれば、排気ガスを効率よく処理で
きることが明らかとなった。 （実施例２）実施例２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、前記兼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に準ずるようにして、セラミックフ
ィルタ集合体９を作製した。凹凸解消層１６の厚さは
０．６ｍｍに設定し、曲面部１８の曲率半径Ｒは約１ｍ
ｍに設定した。

【００６８】そして、実施例１と同様の肉眼観察を行っ
たところ、外周面９ｃの凹凸１７は凹凸解消層１６によ
ってほぼ完全に埋められていた。また、凹凸解消層１６
とフィルタＦ１との境界部分、凹凸解消層１６とシール
材層１５との境界部分のいずれについても、クラックは
生じていなかった。従って、これらの境界部分には高い
密着性・シール性が確保されていることが示唆された。
勿論、凹凸解消層１６自体にもクラックや欠けは認めら
れなかった。

【００６９】また、集合体９の使用時においてその外周
面９ｃには隙間ができず、しかも隙間を介した排気ガス
のリークも起こらないことがわかった。従って、実施例
２も実施例１と同様に、排気ガスを効率よく処理できる
ことが明らかとなった。 （実施例３）実施例３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．
１ｍｍ〜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、前記兼
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に準ずるようにして、セラミックフィルタ集合
体９を作製した。凹凸解消層１６の厚さは０．６ｍｍに
設定し、曲面部１８の曲率半径Ｒは約１ｍｍに設定し
た。

【００７０】そして、実施例１と同様の肉眼観察を行っ
たところ、外周面９ｃの凹凸１７は凹凸解消層１６によ
ってほぼ完全に埋められていた。また、凹凸解消層１６
とフィルタＦ１との境界部分、凹凸解消層１６とシール
材層１５との境界部分のいずれについても、クラックは
生じていなかった。従って、これらの境界部分には高い
密着性・シール性が確保されていることが示唆された。
勿論、凹凸解消層１６自体にもクラックや欠けは認めら
れなかった。

【００７１】また、集合体９の使用時においてその外周
面９ｃには隙間ができず、しかも隙間を介した排気ガス
のリークも起こらないことがわかった。従って、実施例
３も実施例１と同様に、排気ガスを効率よく処理できる
ことが明らかとなった。 （実施例４，５）実施例４では、凹凸解消層１６の厚さ
を０．４ｍｍに設定するとともに、曲面部１８の曲率半
径Ｒを約０．２ｍｍに設定した。それ以外の事項につい
ては実施例１に準ずるようにして、セラミックフィルタ
集合体９を作製した。

【００７２】実施例５では、凹凸解消層１６の厚さを７
ｍｍに設定するとともに、曲面部１８の曲率半径Ｒを約
８ｍｍに設定した。それ以外の事項については実施例１
に準ずるようにして、セラミックフィルタ集合体９を作
製した。

【００７３】これらについて実施例１と同様の肉眼観察
を行ったところ、クラックや欠けは認められなかった。
また、集合体９の使用時においてその外周面９ｃには隙
間ができず、しかも隙間を介した排気ガスのリークも起
こらないことがわかった。従って、実施例４，５も実施
例１と同様に、排気ガスを効率よく処理できることが明
らかとなった。 （比較例）比較例では、外周面９ｃに凹凸解消層１６を
設けないこととし、それ以外の事項については基本的に
実施例１に準ずるようにして、セラミックフィルタ集合
体を作製した。

【００７４】そして、実施例１と同様の肉眼観察を行っ
たところ、外周面９ｃには凹凸１７が残っていた。ゆえ
に、集合体の使用時においてその外周面９ｃには隙間が
でき、その隙間を介した排気ガスのリークが起こること
が確認された。従って、各実施例１〜３と比較して、排
気ガスの処理効率に劣ることが明らかであった。

【００７５】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）各実施例では、凹凸解消層１６によって凹凸１７
が埋められることにより、集合体９の外周面９ｃがフラ
ットな状態になっている。従って、集合体９の収容時に
その外周面９ｃに隙間ができにくく、その隙間を介した
排気ガスのリークが防止される。以上の結果、排気ガス
の処理効率に優れたセラミックフィルタ集合体９、ひい
ては排気ガスの処理効率に優れた排気ガス浄化装置１を
実現することができる。

【００７６】また、この凹凸解消層１６はセラミック質
からなるので、同じく多孔質セラミック焼結体からなる
フィルタＦ１との密着性及び耐熱性にも優れている。従
って、集合体９が数百℃の高温に晒されたとしても、凹
凸解消層１６が焼失・変質するようなことがなく、好適
な密着強度も維持される。

【００７７】（２）各実施例では、凹凸解消層１６の厚
さを０．１ｍｍ〜１０ｍｍという好適範囲内に設定して
いるため、集合体９の製造が困難にならない範囲で、排
気ガスのリークを確実に防止することができる。

【００７８】（３）各実施例では、凹凸解消層１６にお
ける曲面部１８の曲率半径Ｒを、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ
という好適範囲に設定している。このため、使用時のヒ
ートサイクルによって応力が発生したとしても、その発
生した応力の凹凸解消層１６の端部への集中が緩和され
る。従って、当該部分への応力の集中を回避することが
でき、凹凸解消層１６におけるクラックや欠けの発生を
防止することが可能となる。このため、排気ガス漏れの
発生を防止しつつ、凹凸解消層１６におけるクラック等
の発生を確実に防止することができる。

【００７９】（４）各実施例では、シール材層１５を凹
凸解消層１６よりも薄くなるように形成しているため、
濾過能力及び熱伝導性の低下を未然に防止することがで
きる。

【００８０】（５）各実施例では、シール材層１５と同
じ材料を用いて凹凸解消層１６を形成している。このた
め、凹凸解消層１６とシール材層１５との熱膨張係数が
等しくなる等の理由により、両者１５，１６の境界部分
にクラックが生じにくくなる。つまり、当該境界部分に
高い接着性、シール性、信頼性が確保される。

【００８１】また、シール材層形成用ペーストとは別
に、凹凸解消層形成用ペーストを用意する必要がないの
で、集合体９の製造が容易になり、全体の高コスト化を
回避することができる。

【００８２】（６）各実施例では、シール材層１５及び
凹凸解消層１６を形成するための材料として、次のよう
なものを用いている。即ち、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
る弾性質素材を用いている。

【００８３】このような材料には下記のような利点があ
る。即ち、低温域及び高温域の両方において十分な接着
強度を期待することができる。また、この材料は弾性質
素材であることから、集合体９に熱応力が加わるときで
も、その熱応力を確実に開放することができる。さら
に、この材料は熱伝導性に優れるため、熱が集合体９の
全体に均一にかつ速やかに伝導しやすく、効率のよい排
気ガス処理を実現することができる。

【００８４】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 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・形状等の異なるフィルタＦ
１を適宜組み合わせて使用することも勿論可能である。

【００８５】・ 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
方向に沿って各フィルタＦ１をあらかじめ互いにずらし
た状態にして、各フィルタ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２１の径方向に沿った熱伝導
性が向上する結果、集合体２１の外周部分と中心部分と
の間で温度差ができにくくなる。よって、集合体２１が
均等に加熱されるようになり、外周部分における微粒子
の燃え残りが生じにくくなる。

【００８６】・ 凹凸解消層１６はシール材層１５と同
種のセラミック材料を用いて形成されていなくてもよ
く、異種のセラミック材料を用いて形成されていてもよ
い。 ・ 凹凸解消層１６はシール材層１５と等しい厚さとな
るように形成されてもよく、さらにはシール材層１５よ
りも厚くなるように形成されていてもよい。

【００８７】・ 凹凸解消層１６の形成方法として、実
施形態では塗布法を採用している。この方法に限定され
ることはなく、例えば印刷法、焼き付け法、ディップ
法、カーテンコート法等を採用して凹凸解消層１６を形
成するようにしてもよい。

【００８８】・ フィルタＦ１は前記実施形態にて示し
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。

【００８９】・ 外形カット工程前におけるフィルタＦ
１の形状は、実施形態のような四角柱状に限定されるこ
とはなく、三角柱状や六角柱状等であっても構わない。
また、外形カット工程によって集合体９Ａの全体形状を
断面円形状に加工するのみならず、例えば断面楕円形状
等に加工してもよい。

【００９０】・ 曲面部１８を形成する手法としては、
実施形態にて示したようなブラシを用いたブラッシング
のみに限定されない。例えば、ブラシ以外の器具（例え
ば刷毛、ヘラ等）を用いて当該部分の凹凸解消層１６を
削ぎ取る、等の手法を採用することも可能である。さら
には、上記のような器具を用いた手法に代え、器具を用
いない手法（具体的には、サンドブラスト等のような砥
粒を用いた手法など）を採用することも可能である。

【００９１】・ 特にその必要がなければ、実施形態で
行っていたような曲面部形成工程を省略しても構わな
い。 ・ 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。

【００９２】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６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。

【００９３】（２） 請求項１乃至６、技術的思想１の
いずれか１つにおいて、前記フィルタは、多孔質炭化珪
素焼結体からなるハニカムフィルタであること。従っ
て、この技術的思想２に記載の発明によれば、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ものと
することができる。

【００９４】（３） 請求項１乃至６、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のシール材によって形
成されていること。

【００９５】（４） 請求項１乃至６、技術的思想１，
２のいずれか１つにおいて、前記シール材は、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。

【００９６】（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、多孔質セラミック焼結体からなる
複数の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、前
記集合体は全体として断面略円形状または断面略楕円形
状に外形カットされるとともに、その外形カットにより
露出した外周面には、セラミック質からなる凹凸解消層
が形成されてい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、強
度、信頼性等に優れた実用的な装置を提供することがで
きる。

【００９７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜６に記
載の発明によれば、外周面における流体のリークが起こ
りにくいセラミックフィルタ集合体を提供することがで
きる。

【００９８】請求項２に記載の発明によれば、集合体の
製造が困難にならない範囲で、流体のリークを確実に防
止することができる。請求項３に記載の発明によれば、
凹凸解消層におけるクラック等の発生及び流体リークを
防止することができる。

【００９９】請求項４に記載の発明によれば、濾過能力
及び熱伝導性の低下を未然に防止することができる。請
求項５に記載の発明によれば、凹凸解消層とシール材層
との境界部分における流体リークの防止、集合体の製造
容易化、集合体の高コスト化の防止を達成することがで
きる。

【０１００】請求項６に記載の発明によれば、集合体の
破壊強度の向上及び均熱化を図ることができる。

【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側面
図。

【図３】前記排気ガス浄化装置の要部拡大断面図。

【図４】凹凸解消層へのブラッシングを施したセラミッ
クフィルタ集合体の要部拡大断面図。

【図５】（ａ），(ｂ)，（ｃ）はセラミックフィルタ集
合体の製造工程を説明するための概略斜視図。

【図６】別例のセラミックフィルタ集合体の側面図。

【符号の説明】

９，２１…セラミックフィルタ集合体、９ｃ…セラミッ
クフィルタ集合体の外周面、１５…セラミック質シール
材層、１６…凹凸解消層、Ｆ１…フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G090 AA03 BA01 4D058 JA32 JA38 JB06 KA03 KA11 KA12 KA13 KA23 KA25 KA27 SA08 TA06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多孔質セラミック焼結体からなる複数のフ
   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、前記各フィルタを一体化してなる
   集合体であって、全体として断面略円形状または断面略
   楕円形状に外形カットされることにより露出した外周面
   に、セラミック質からなる凹凸解消層が形成されている
   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】前記凹凸解消層の厚さは０．１ｍｍ〜１０
   ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のセラミッ
   クフィルタ集合体。
3. 【請求項３】前記凹凸解消層のフィルタ軸線方向におけ
   る端部は、曲率半径Ｒ＝０．１ｍｍ〜１０ｍｍの曲面形
   状になっ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】前記シール材層は前記凹凸解消層よりも薄
   くなるように形成されていることを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれか１項に記載のセラミックフィルタ集合
   体。
5. 【請求項５】前記凹凸解消層は前記シール材層と同じ材
   料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃
   至４のいずれか１項に記載のセラミックフィルタ集合
   体。
6. 【請求項６】前記フィルタは、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乃至５のいずれか１項に記載
   のセラミックフィルタ集合体。