JP2002273137A - セラミックフィルタ集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタ接着構造物の外周面から外部に熱が
脱げにくく、効率のよい再生を行うことが可能なセラミ
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、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、セラミック質からなる第１層１５を介して
接着した構造物Ｍを用いて構成されている。構造物Ｍの
外周面９ｃには、セラミック質からなる第２層１６が形
成されている。第２層１６の熱伝導率は第１層１５の熱
伝導率よりも小さい。

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２０世紀以降飛躍的に増
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１ｍｍ〜３ｍｍ
厚の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した構造物を作製す
る。そして、かかる接着構造物の外周面に同じセラミッ
ク材料を用いてセラミック層を形成する。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、従来技術で
はシール材層と同一のセラミックペーストを流用して、
フィルタ接着構造物の外周面のセラミック層を形成して
いた。

【０００９】しかしながら、前記シール材層の形成に用
いられるセラミック質材料は、基本的に、フィルタ同士
の接着及び接着されたフィルタ間の熱抵抗の低減を目的
とした組成となっている。従って、断熱を目的とする
（即ち熱抵抗の増大を目的とする）フィルタ接着構造物
の外周面のセラミック層に、前記シール材層形成用のセ
ラミック質材料をそのまま適用することには、元来無理
がある。ゆえに、従来技術においては、フィルタ接着構
造物の外周面から外部に熱が脱げやすく、効率のよい再
生を行うことができなかった。

【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、フィルタ接着構造物の外周面から
外部に熱が脱げにくく、効率のよい再生を行うことが可
能な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
質からなる第１層を介して接着した構造物の外周面に、
セラミック質からなる第２層が形成されたセラミックフ
ィルタ集合体であって、前記第２層の熱伝導率が前記第
１層の熱伝導率よりも小さい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、前記第１層の熱伝導率に対する前記第２層の熱伝導
率の比は、０．１〜０．８であるとした。請求項３に記
載の発明は、請求項１において、前記第１層の熱伝導率
は０．１Ｗ／ｍ・Ｋ〜１０Ｗ／ｍ・Ｋであり、前記第２
層の熱伝導率は０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ〜８Ｗ／ｍ・Ｋであ
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、前記第２層は前記第１層より
も厚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、
前記第１層及び前記第２層は、ともに組成中にセラミッ
クファイバを含有するとともに、前記第２層におけるフ
ァイバ含有量は前記第１層におけるファイバ含有量より
も多いとした。

【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、前記第１層は固形分で３重量
％〜８０重量％の無機粒子を含有するとともに、前記第
２層は固形分で０重量％〜２．９重量％の無機粒子を含
有するとした。

【００１５】請求項７に記載の発明は、多孔質炭化珪素
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
セラミック質からなる第１層を介して接着した構造物の
外側部分を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成形し、前記外形カットによ
り生じた外周面にセラミック質からなる第２層が形成さ
れているセラミックフィルタ集合体であって、前記第２
層の熱伝導率が前記第１層の熱伝導率よりも大きいこと
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。

【００１６】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１，６に記載の発明によると、フィルタ接着
構造物の外周面に形成された第２層の熱伝導率のほう
が、複数のフィルタの外周面同士を接着する第１層の熱
伝導率よりも小さくなっている。つまり、第２層のほう
が第1層に比べて相対的に熱抵抗が大きいことになる。
ゆえに、従来のものに比べて、フィルタ接着構造物の外
周面から外部に熱が脱げにくい構造となる。

【００１７】請求項２に記載の発明によると、第１層の
熱伝導率に対する第２層の熱伝導率の比を上記好適範囲
内にて設定することにより、第２層に必要とされる性能
が確実に保持されるとともに、セラミックフィルタ集合
体の製造困難化も防止される。

【００１８】前記比が０．１未満であると、熱抵抗の増
大という観点からは好ましい反面、第２層の接着性や耐
熱性等といった性能が損なわれるおそれがあり、これを
防止しようとすると事実上製造が困難になる。逆に、前
記比が０．８を超えると、十分な熱抵抗の増大が図られ
ず、第１層と同程度の熱伝導率となってしまう。

【００１９】請求項３に記載の発明によると、第１層及
び第２層の熱伝導率を上記好適範囲内にて設定すること
により、第１層及び第２層に必要とされる性能が確実に
保持されるとともに、セラミックフィルタ集合体の製造
困難化も防止される。

【００２０】第１層の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ未満
であると、第１層が依然として大きな熱抵抗となり、フ
ィルタ間の熱伝導が阻害されてしまう。逆に、１０Ｗ／
ｍ・Ｋを超える熱伝導率のものを得ようとすると、接着
性や耐熱性等といった性能が損なわれるおそれがあり、
これを防止しようとすると事実上製造が困難になる。

【００２１】第２層の熱伝導率が０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ未
満であると、熱抵抗の増大という観点からは好ましい反
面、第２層の接着性や耐熱性等といった性能が損なわれ
るおそれがあり、これを防止しようとすると事実上製造
が困難になる。逆に、８Ｗ／ｍ・Ｋを超える熱伝導率の
ものを得ようとした場合も、接着性や耐熱性等といった
性能が損なわれるおそれがあり、事実上製造が困難にな
る。

【００２２】請求項４に記載の発明によると、第２層は
第１層よりも厚くなるように形成されているため、熱の
伝わる距離が長くなり、フィルタ接着構造物の外周面か
ら外部に熱がよりいっそう脱げにくい構造となる。ま
た、例えばフィルタ接着構造物の外周面に何らかの凹凸
があるような場合には、その凹凸も第２層により埋めら
れる。そして、このように凹凸が解消される結果、シー
ル性が向上する。

【００２３】請求項５に記載の発明によると、第１層及
び第２層はともに組成中にセラミックファイバを含有し
ているため、両層とも耐熱性に優れている。また、第２
層におけるファイバ含有量は第１層におけるファイバ含
有量よりも多いため、第２層のほうが相対的に熱抵抗が
大きく、熱が伝わりにくくなっている。

【００２４】

【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４に基づき詳細に説明する。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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からなる
第１層１５を介して互いに接着されている。また、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
質からなる第２層１６が形成されている。

【００３５】第１層１５及び第２層１６は、ともに組成
中に無機繊維、具体的にはセラミックファイバを含有し
ている。セラミックファイバを選択した理由は、セラミ
ックファイバは耐熱性に優れているため、第１層１５及
び第２層１６に好適な耐熱性が付与されるからである。
前記セラミックファイバとしては、例えば、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
ものが挙げられる。これらのなかでも、特にシリカ−ア
ルミナファイバを選択することが望ましい。シリカ−ア
ルミナファイバは、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。なお、第１層１５及び第２
層１６は同種のセラミックファイバを用いて形成されて
いることが好ましい。即ち、同種のセラミックファイバ
を用いた場合、第１層１５と第２層１６との境界部分の
接合強度が向上するからである。

【００３６】第２層１６におけるファイバ含有量は第１
層１５におけるファイバ含有量よりも多いことがよい。
このようにすることにより、相対的に第２層１６の熱抵
抗を大きくすることができ、熱が伝わりにくくなるから
である。具体的には、第２層１６におけるファイバ含有
量は固形分で２０重量％〜９０重量％、第１層１５にお
けるファイバ含有量は固形分で１０重量％〜４０重量％
であることがよい。

【００３７】なお、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。

【００３８】セラミックファイバの繊維長は、１０μｍ
〜３０００μｍ、好ましくは１０μｍ〜１５００μｍ、
より好ましくは１０μｍ〜５００μｍである。繊維長が
１０μｍ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３０００μｍを超えると、
繊維が毛玉のようになって分散性が悪化するからであ
る。

【００３９】第１層１５及び第２層１６は、上記無機繊
維のほかに、無機バインダ及び有機バインダのうちから
選択される少なくとも１つを含んでいる。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、高温に晒されるフィルタＦ１用
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。この場合、コロイダルゾルの
含有量は、固形分で１重量％〜４０重量％に設定される
ことがよい。

【００４０】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、好適な流動性を付与に寄与するため、常
温領域において優れた接着性を示すからである。

【００４１】第１層１５及び第２層１６は、さらに無機
粒子を含んでいてもよい。第１層１５に好適な無機粒子
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
いた弾性質素材がある。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。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】第１層１５における無機粒子の含有量は、
固形分で３重量％〜８０重量％、好ましくは１０重量％
〜６０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、第１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】第１層１５における無機粒子の粒径は、
０．０１μｍ〜１００μｍ、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。逆に、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】一方、第２層１６における無機粒子の含有
量は、第１層１５における無機粒子の含有量よりも少な
めに設定されることがよく、具体的には固形分で０重量
％〜２．９重量％程度含まれていることが好ましい。即
ち、無機粒子は第２層１６中に必ずしも含まれていなく
てもよい。炭化珪素粉末等のような無機粒子の含有量が
多くなると、耐熱性向上の観点からは好ましい反面、熱
伝導率の低減といった観点からは不利だからである。

【００４５】本実施形態においては、フィルタ接着構造
物の外周面から外部に熱が脱げにくい構造とするため
に、第２層１６の熱伝導率が第１層１５の熱伝導率より
も小さくなるように設定されている。

【００４６】第１層１５の熱伝導率に対する第２層１６
の熱伝導率の比は、０．１〜０．８であることがよく、
好ましくは０．２〜０．７であることがよい。前記比が
０．１未満であると、第２層１６の熱抵抗の増大という
観点からは好ましい反面、第２層１６の接着性や耐熱性
等といった性能が損なわれるおそれがある。ゆえに、こ
れを防止しようとすると、事実上製造が困難になる。逆
に、前記比が０．８を超えると、第２層１６の十分な熱
抵抗の増大が図られず、第１層１５と同程度の熱伝導率
となってしまう。

【００４７】より具体的にいうと、第１層１５の熱伝導
率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋ〜１０Ｗ／ｍ・Ｋであることがよ
く、第２層１６の熱伝導率は０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ〜８Ｗ
／ｍ・Ｋであることがよい。

【００４８】第１層１５の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ
未満であると、第１層１５が依然として大きな熱抵抗と
なり、フィルタＦ１間の熱伝導が阻害されてしまう。逆
に、１０Ｗ／ｍ・Ｋを超える熱伝導率のものを得ようと
すると、接着性や耐熱性等といった性能が損なわれるお
それがある。そして、これを防止しようとすると、材料
や配合条件の自由度が小さくなり、事実上製造が困難に
なる。

【００４９】第２層１６の熱伝導率が０．０１Ｗ／ｍ・
Ｋ未満であると、熱抵抗の増大という観点からは好まし
い反面、第２層１６の接着性や耐熱性等といった性能が
損なわれるおそれがある。そして、これを防止しようと
すると、材料や配合条件の自由度が小さくなり、事実上
製造が困難になる。逆に、８Ｗ／ｍ・Ｋを超える熱伝導
率のものを得ようとした場合も、接着性や耐熱性等とい
った性能が損なわれるおそれがあり、事実上製造が困難
になる。

【００５０】第２層１６は第１層１５よりも厚くなるよ
うに形成されていることがよい。このようにすると、第
２層１６については熱の伝わる距離が第１層１５よりも
長くなり、フィルタ接着構造物Ｍの外周面９ｃから外部
に熱がよりいっそう脱げにくい構造となるからである。
また、フィルタ接着構造物Ｍの外周面９ｃに凹凸１７が
あるような場合には、その凹凸１７も第２層１６により
埋めることができるからである。そして、このように凹
凸１７が解消される結果、シール性が向上するからであ
る。

【００５１】具体的にいうと、第２層１６の厚さは０．
１ｍｍ〜１０ｍｍであることがよく、さらには０．３ｍ
ｍ〜５ｍｍであることがよく、特には０．５ｍｍ〜２ｍ
ｍであることがよい。第２層１６が薄すぎると、熱の伝
わる距離を十分大きく確保することができなくなること
に加え、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、第２層１６を１０ｍｍを超えて厚くしよ
うとすると、均一な層の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。

【００５２】第１層１５の厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍで
あることがよく、さらには０．３ｍｍ〜１ｍｍであるこ
とがよい。第１層１５を第２層１６よりも薄くなるよう
に形成しておくことにより、集合体９の濾過能力及び熱
伝導性の低下が未然に防止されるからである。

【００５３】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４に基づいて説明する。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
用する第１層形成用ペースト、凹凸解消工程で使用する
第２層形成用ペーストをあらかじめ作製しておく。

【００５４】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。第１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。第２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。なお、
上述したように第２層形成用ペーストにおいて無機粒子
は省略されてもよい。

【００５５】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。

【００５６】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
全てが四角柱状である。

【００５７】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。

【００５８】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
の上に第１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４（ａ）に
示されるように、フィルタ接着構造物Ｍは全体として断
面正方形状を呈している。

【００５９】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フィルタ接着構造
物Ｍ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４（ｂ）に示されるよう
に、断面円形状のフィルタ接着構造物Ｍ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１７は、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度のものであって、
フィルタ接着構造物Ｍ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。

【００６０】続く凹凸解消工程では、第２層形成用ペー
ストをフィルタ接着構造物Ｍの外周面９ｃの上に均一に
塗布し、第２層１６を形成する。そして、以上の結果、
図４（ｃ）に示されるセラミックフィルタ集合体９が完
成する。

【００６１】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。ある程度微粒子が溜まってきたら、図示しないヒ
ータをオンして集合体９を加熱し、微粒子を燃焼除去さ
せる。その結果、集合体９が再生され、再び微粒子の捕
捉が可能な状態になる。

【００６２】次に、本実施形態を具体化したいくつかの
実施例及びそれらに対する比較例を紹介する。

【００６３】

【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。

【００６４】（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。

【００６５】（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１０μｍ〜３０００μｍ）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３
０％）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、第１層１５の形成に使用されるペーストを作製し
た。

【００６６】また、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）５３．３重量％、平均粒
径０．３μｍの炭化珪素粉末１０．２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３
０％）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、第２層１６の形成に使用されるペーストを作製し
た。

【００６７】（４）次に、フィルタＦ１の外周面に第１
層形成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℃〜
１００℃×１時間の条件にて乾燥・硬化させた。その結
果、フィルタＦ１同士を第１層１５を介して接着した。
ここでは乾燥後における第１層１５の厚さが１．０ｍｍ
になるように設定した。

【００６８】（５）次に、外形カットを実施して外形を
整えることにより、断面円形状のフィルタ接着構造物Ｍ
を作製した後、その露出した外周面９ｃに第２層用ペー
ストを均一に塗布した。そして、５０℃〜１５０℃×１
時間の条件で乾燥・硬化することにより厚さ１．０ｍｍ
の第２層１６を形成し、最終的に実施例１のセラミック
フィルタ集合体９を完成させた。

【００６９】上記のようにして得られた集合体９につい
て、第１層１５及び第２層１６の熱伝導率（Ｗ／ｍ・
Ｋ）を従来公知の手法により測定したところ、表１に示
されるように、それぞれ０．８５Ｗ／ｍ・Ｋ，０．２２
Ｗ／ｍ・Ｋであった。

【００７０】また、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は第２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、第２層１６とフィルタＦ１との境界
部分、第２層１６と第１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、第２層１６自体にもクラッ
クや欠けは認められなかった。

【００７１】続いて、集合体９の中央部及び外周部の２
ヶ所に熱電対を埋め込んだ後、周囲に断熱材１０を巻き
付けたものを、ケーシング８内に収容した。この状態で
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ないことがわか
った。

【００７２】さらに、所定時間経過後にヒータを加熱し
て再生を行うとともに、前記熱電対によって再生時の最
高到達温度Ｔａ，Ｔｂ（℃）をそれぞれ測定した。それ
らの温度差（ΔＴ＝｜Ｔａ−Ｔｂ｜（℃））を求めた結
果を表１に示す。

【００７３】表１によると、温度差ΔＴは５０℃とな
り、それほど大きい値にはならなかった。ゆえに、フィ
ルタ接着構造物Ｍの外周面９ｃから外部に熱が脱げにく
い構造になっていることを示唆する結果が得られた。

【００７４】再生終了後に集合体９を取り外して集合体
９を軸線方向に沿って切断し、切断面の肉眼観察を行っ
たところ、中央部にも外周部にも燃え残りは何ら認めら
れなかった。ゆえに、効率のよい再生が行われていたこ
とが実証された。 （実施例２〜５）実施例２〜５では、基本的には実施例
１の手法に準拠して集合体９を作製するとともに、第１
層１５及び第２層１６の厚さや熱伝導率を表１のように
変更した。熱伝導率の異なるものについては、具体的に
は、アルミナシリケートセラミックファイバ、炭化珪素
粉末、シリカゾル、カルボキシメチルセルロースの配合
量等を若干変更したペーストを用いて、第１層１５や第
２層１６の形成を行った。唯一、実施例５については、
無機粒子である炭化珪素粉末を全く含まないペーストを
用いて、第２層１６の形成を行った。

【００７５】得られた各集合体９の各所を肉眼で観察し
たところ、外周面９ｃの凹凸１７は第２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、第２層１６とフィルタＦ１との
境界部分、第２層１６と第１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、第２層１６自体にもク
ラックや欠けは認められなかった。

【００７６】続いて、実施例２〜５について、実施例１
と同様の再生状態良否判定試験を行い、温度差ΔＴ
（℃）をそれぞれ求めた。それらの結果も表１に示す。
それによると、実施例２〜５においても実施例１とほぼ
同様の結果が得られることがわかった。また、再生終了
後に集合体９の切断面の肉眼観察を行ったところ、中央
部にも外周部にも燃え残りは何ら認められなかった。 （比較例）比較例では、第１層形成用のペーストを用い
て第１層１５及び第２層１６の両方を形成した。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９を作製した。厚さや熱
伝導率については表１に示すとおりである。

【００７７】得られた比較例の集合体９の各所を肉眼で
観察したところ、外周面９ｃの凹凸１７は第２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、第２層１６とフィルタＦ
１との境界部分、第２層１６と第１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。

【００７８】続いて、比較例について、実施例１と同様
の再生状態良否判定試験を行い、温度差ΔＴ（℃）を求
めた。その結果も表１に示す。それによると、比較例で
は外周部における最高到達温度Ｔｂ（℃）が低くなるこ
とに起因して、温度差ΔＴ（℃）の値が各実施例の値に
比べて大きくなることがわかった。従って、フィルタ接
着構造物Ｍの外周面９ｃから外部に熱が脱げやすい構造
になっていることを示唆する結果が得られた。

【００７９】再生終了後に集合体９の切断面の肉眼観察
を行ったところ、外周部に燃え残りが認められ、各実施
例１〜５よりも明らかに再生効率が劣っていることがわ
かった。このため比較例においては、燃え残りを防止す
るために、再生時間を長く設定したり、ヒータ加熱温度
を高く設定する必要があった。

【００８０】

【表１】 従って、本実施形態によれば以下のような効果を得るこ
とができる。

【００８１】（１）本実施形態では、フィルタ接着構造
物の外周面に形成された第２層１６の熱伝導率のほう
が、複数のフィルタＦ１の外周面同士を接着する第１層
１５の熱伝導率よりも小さくなっている。つまり、第２
層１６のほうが第1層１５に比べて相対的に熱抵抗が大
きいことになる。ゆえに、従来のものに比べて、フィル
タ接着構造物Ｍの外周面９ｃから外部に熱が脱げにくい
構造となり、集合体９の当該部分における断熱性が向上
する。よって、熱のロスが少なくなり、効率のよい再生
を行うことができる。

【００８２】（２）本実施形態では、第１層１５の熱伝
導率に対する第２層１６の熱伝導率の比を０．１〜０．
８という好適範囲内にて設定している。従って、第２層
１６に必要とされる性能（即ち断熱性、接着性、耐熱性
等）が確実に保持されるとともに、セラミックフィルタ
集合体９の製造困難化も防止される。

【００８３】（３）本実施形態では、第１層１５及び第
２層１６の熱伝導率を上記好適範囲内にて設定してい
る。このため、第１層１５に必要とされる性能（即ち弾
性、接着性、耐熱性等）及び第２層１６に必要とされる
性能（即ち断熱性、接着性、耐熱性等）が確実に保持さ
れる。それとともに、セラミックフィルタ集合体９の製
造困難化も防止される。

【００８４】（４）本実施形態では、第２層１６は第１
層１５よりも厚くなるように形成されている。このた
め、熱の伝わる距離が長くなり、フィルタ接着構造物Ｍ
の外周面９ｃから外部に熱がよりいっそう脱げにくい構
造となる。従って、再生効率のさらなる向上が図られ
る。

【００８５】また、フィルタ接着構造物Ｍの外周面９ｃ
にある凹凸１７が第２層１６によって埋められることに
より、外周面９ｃがフラットな状態になっている。この
ように凹凸解消が図られる結果、集合体９の収容時にそ
の外周面９ｃに隙間ができにくくなり、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。

【００８６】（５）本実施形態では、第１層１５及び第
２層１６は、ともに組成中にセラミックファイバを含有
しているため、耐熱性に優れたものとなっている。ま
た、第２層１６におけるファイバ含有量は第１層１５に
おけるファイバ含有量よりも多くなっている。このた
め、第２層１６のほうが相対的に熱抵抗が大きく、熱が
伝わりにくくなっている。

【００８７】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。

【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９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】・ 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。

【００９１】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項において、前記
第１層は固形分で３重量％〜８０重量％の無機粒子を含
有するとともに、前記第２層は固形分で０重量％〜２．
９重量％の無機粒子を含有すること。

【００９２】（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、前記第１層及び第２層は同種の
無機繊維を用いて形成されていること。従って、この技
術的思想２に記載の発明によれば、第１層と第２層との
境界部分の接合強度を向上できる。

【００９３】

【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、フィルタ接着構造物の外周面から外
部に熱が脱げにくく、効率のよい再生を行うことが可能
な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】実施形態のセラミックフィルタ集合体の正面
図。

【図３】実施形態の排気ガス浄化装置の要部拡大断面
図。

【図４】（ａ）〜（ｃ）はセラミックフィルタ集合体の
製造手順を説明するための概略斜視図。

【符号の説明】

９…セラミックフィルタ集合体、９ｃ…外周面、１５…
第１層、１６…第２層、Ｆ１…フィルタ、Ｍ…（フィル
タ接着）構造物。

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からなる第１層を介
   して接着した構造物の外周面に、セラミック質からなる
   第２層が形成されたセラミックフィルタ集合体であっ
   て、前記第２層の熱伝導率が前記第１層の熱伝導率より
   も小さい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】前記第１層の熱伝導率に対する前記第２層
   の熱伝導率の比は、０．１〜０．８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】前記第１層の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋ
   〜１０Ｗ／ｍ・Ｋであり、前記第２層の熱伝導率は０．
   ０１Ｗ／ｍ・Ｋ〜８Ｗ／ｍ・Ｋ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。
4. 【請求項４】前記第２層は前記第１層よりも厚くなるよ
   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】前記第１層及び前記第２層は、ともに組成
   中にセラミックファイバを含有するとともに、前記第２
   層におけるファイバ含有量は前記第１層におけるファイ
   バ含有量よりも多い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】多孔質炭化珪素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からなる第１
   層を介して接着した構造物の外側部分をカットすること
   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
   成形し、前記外形カットにより生じた外周面にセラミッ
   ク質からなる第２層が形成されているセラミックフィル
   タ集合体であって、前記第２層の熱伝導率が前記第１層
   の熱伝導率よりも大きいことを特徴とするセラミックフ
   ィルタ集合体。