JP2010048256A - ハニカムフィルタの製造方法及びハニカムフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の多孔質セラミック部材が接着剤層を介して結束された構造のハニカムフィルタを簡略な工程で、安価に製造することができるハニカムフィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材５０が、接着剤層６１を介して複数個結束され、貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたハニカムフィルタの製造方法であって、複数種類の多孔質セラミック部材を接着剤ペーストを介して組み合わせ円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のセラミックブロック６０を作製するセラミックブロック作製工程を含み、多孔質セラミック部材として貫通孔の長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であり、外周に形成された曲面付近であって、その断面形状を略正方形に維持できない部分には、貫通孔が形成されていない多孔質セラミック部材を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を除去するフィルタとして用いられるハニカムフィルタ及びその製造方法に関する。

自動車、バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。
この排気ガスを多孔質セラミックに通過させることにより、排気ガス中のパティキュレートを捕集して排気ガスを浄化するハニカムフィルタが種々提案されている。

このようなハニカムフィルタは、通常、図７に示したハニカムフィルタ７０のように、炭化珪素等からなる多孔質セラミック部材８０が、接着剤層７２を介して複数個結束されてセラミックブロック７１を構成し、このセラミックブロック７１の周囲にコート層７３が形成されている。

また、この多孔質セラミック部材８０は、図８（ａ）及び（ｂ）に示したように、長手方向に多数の貫通孔８１が並設され、貫通孔８１同士を隔てる隔壁８３がフィルタとして機能するようになっている。即ち、多孔質セラミック部材８０に形成された貫通孔８１は、図８（ｂ）に示したように、排気ガスの入り口側又は出口側の端部のいずれかが充填材８２により目封じされ、一の貫通孔８１に流入した排気ガスは、必ず貫通孔８１を隔てる隔壁８３を通過した後、他の貫通孔８１から流出されるようになっている。

排気ガス浄化装置では、このような構成のハニカムフィルタ７０が内燃機関の排気通路に設置され、内燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレートは、このハニカムフィルタ７０を通過する際に隔壁８３により捕捉され、排気ガスが浄化される。

このようなハニカム構造体の製造方法として、特許文献１には、押出成形により多数の連続ガス通路を有する小型のハニカム構造体の成形体を作製した後、焼成により除去可能な接着材により複数の成形体を接着して一体化させ、大型の成形体とし、次に、この大型の成形体に加工を施して所定の形状とした後、焼成してハニカムフィルタを得るという方法が開示されている。

しかし、このようなハニカムフィルタの製造方法では、所定の形状とした大型の成形体を焼成するため、炭化ケイ素多孔質体のような熱膨張率の大きなものでは、冷却過程等における歪み等に起因して、焼結体にクラックが形成されてしまうという問題があった。

また、特許文献２には、複数の多孔質セラミック部材の外周面同士をセラミック質シール材層を介して接着してセラミック積層体を作製し、このセラミック積層体の外周を断面略円形状又は断面略楕円形状にカットした後、露出した外周面に、セラミック質からなる凹凸解消層を形成させるハニカムフィルタの製造方法が開示されている。

上述したハニカムフィルタの製造方法では、複数の角柱状の多孔質セラミック部材を製造し、これらを所定の接着剤ペーストを介して組み上げてセラミック積層体を作製した後、該セラミック積層体の外周に切削加工を施すが、この切削工程によって作製されるセラミックブロックの外周には、多孔質セラミック部材の貫通孔が部分的にむき出しとなり開口が形成されてしまい、このセラミックブロックをそのままハニカムフィルタとして使用すると上記外周に形成された開口部から排気ガスが漏出してしまう。更に、上記開口部には隔壁が突起形状等になって露出するため、脆性材料であるセラミックの欠けやクラックが生じやすく、そのままでは、ハニカムフィルタとして使用できなかった。

従って、上記セラミックブロックの外周部に形成された開口部をコート層の構成材料で充填するとともに、クラックの発生を防ぐためセラミックブロックの外周全体にコート層を形成する工程が必要であった。
しかしながら、上述した製造方法では、断面略円形状等にカットする工程や凹凸解消層を形成する工程が必要となり、工程数が増加するため、生産性が低く、製造コストが高く付いてしまうという問題があった。
また、コート層形成工程を行うと、更に工程数が増えてより作業が煩雑化するという問題があった。

特公昭５８−３９７９９号公報 特開２００１−１６２１２１号公報

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、複数の多孔質セラミック部材が接着剤層を介して結束された構造のハニカムフィルタを簡略な工程で、安価に製造することができるハニカムフィルタの製造方法、及び、該ハニカムフィルタの製造方法により製造されたハニカムフィルタを提供することを目的とする。

本発明のハニカムフィルタの製造方法は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成された、円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のハニカムフィルタの製造方法であって、
複数種類の上記多孔質セラミック部材を接着剤ペーストを介して組み合わせ、円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のセラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程を含み、上記多孔質セラミック部材として、貫通孔の長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であり、外周に形成された曲面付近であって、その断面形状を略正方形に維持できない部分には、貫通孔が形成されていない多孔質セラミック部材を含むことを特徴とする。

また、本発明のハニカムフィルタは、本発明のハニカムフィルタの製造方法により製造されたことを特徴とする。
以下、本発明のハニカムフィルタの製造方法及びハニカムフィルタについて、図面に基づいて説明する。

以上、説明した通り、本発明のハニカムフィルタの製造方法によると、複数の多孔質セラミック部材が接着剤層を介して結束された構造のハニカムフィルタを簡略な工程で、安価に製造することができる。

（ａ）は、本発明のハニカムフィルタの製造方法において作製されるセラミック成形体の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のハニカムフィルタの製造方法において作製されるセラミック成形体の別の一例を模式的に示した斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のハニカムフィルタの製造方法において作製されるセラミック成形体の更に別の一例を模式的に示した斜視図である。 （ａ）は、本発明のハニカムフィルタの製造方法における封口工程の様子を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、その部分拡大断面図である。 本発明のハニカムフィルタの製造方法におけるセラミックブロック作製工程の様子を模式的に示す斜視図である。 本発明のハニカムフィルタの一例を模式的に示した斜視図である。 従来のハニカムフィルタの一例を模式的に示した斜視図である。 （ａ）は、従来のハニカムフィルタを構成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。

初めに、本発明のハニカムフィルタの製造方法について説明する。
本発明のハニカムフィルタの製造方法は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成された、円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のハニカムフィルタの製造方法であって、
複数種類の上記多孔質セラミック部材を接着剤ペーストを介して組み合わせ、円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のセラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程を含み、上記多孔質セラミック部材として、貫通孔の長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であり、外周に形成された曲面付近であって、その断面形状を略正方形に維持できない部分には、貫通孔が形成されていない多孔質セラミック部材を含むことを特徴とする。

本発明のハニカムフィルタの製造方法では、まず、セラミックを主成分とする混合組成物を調製し、該混合組成物を用いて押出成形を行うことにより複数種類のセラミック成形体を作製するセラミック成形体作製工程を行う。

上記混合組成物としては特に限定されないが、製造後のハニカムフィルタの気孔率が２０〜８０％程度となるものが好ましく、例えば、セラミック粉末とバインダーと分散媒液とを混合したものが挙げられる。

上記セラミック粉末としては特に限定されず、例えば、コージェライト、アルミナ、シリカ、ムライト等の酸化物セラミック、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、及び、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック等の粉末を挙げることができるが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化ケイ素が好ましい。

上記セラミック粉末の粒径は特に限定されないが、後の焼成工程で収縮の少ないものが好ましく、例えば、０．３〜５０μｍ程度の平均粒径を有する粉末１００重量部と０．１〜１．０μｍ程度の平均粒径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが好ましい。

上記バインダーとしては特に限定されず、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
上記バインダーの配合量は特に限定されないが、通常、上記セラミック粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部程度が好ましい。

上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。上記分散媒液は、上記混合組成物の粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。

また、上記セラミック粉末、バインダー及び分散媒液とともに、分散剤が含まれていてもよい。上記分散剤としては特に限定されず、例えば、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリス（２−クロロエチル）ホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジル・ジフェニルホスフェート等のリン酸エステル系化合物等が挙げられる。また、この分散剤は、セラミック粉末１００重量部に対して０．１〜５重量部添加されることが好ましい。

これらセラミック粉末、バインダー及び分散媒液等は、アトライター等で混合し、ニーダー等で充分に混練することで上記混合組成物を調製することができる。

上記混合組成物を用いて押出成形を行うことにより所定の断面形状を有するとともに、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状成形体を作製し、この成形体を所定の長さに切断することによりセラミック成形体を作製する。

本工程では、形の異なる複数種類の押出成形用の型を用いて複数種類の形状の異なるセラミック成形体を作製する。具体的には、上記セラミック成形体は、角柱の一部が切除され、その部分に曲面が形成された形状と、角柱形状のものとであることが好ましい。

図１（ａ）は、セラミック成形体の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセラミック成形体のＡ−Ａ線断面図である。
図１に示したように、セラミック成形体１０は、図８を用いて説明した従来の多孔質セラミック部材と略同様の形状であり、その長手方向に多数の断面視略正方形の貫通孔となる部分１１が隔壁となる部分１３を隔てて並設された角柱形状となっている。

また、図２（ａ）〜（ｃ）は、セラミック成形体の別の一例を模式的に示した斜視図である。
図２（ａ）に示したセラミック成形体２０は、その長手方向に多数の貫通孔となる２１が隔壁となる部分２３を隔てて並設され、その外周の一の角部付近が切除され、その部分に曲面が形成された柱状となっている。このセラミック成形体２０において、貫通孔となる部分２１は、その長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であり、上記外周に形成された曲面付近であって、その断面形状を略正方形に維持できない部分には貫通孔となる部分２１が形成されていない。

図２（ｂ）に示したセラミック成形体２００は、その長手方向に多数の貫通孔となる部分２０１が隔壁となる部分２０３を隔てて並設され、その外周の一の角部付近が切除され、その部分に曲面が形成された柱状となっている。このセラミック成形体２００の外形は、図２（ａ）に示したセラミック成形体２０と略同様であり、大部分の貫通孔となる部分２０１は、その長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であるが、上記外周に形成された曲面付近であって、その断面形状が略正方形を維持できない部分には、その断面形状が略台形状や三角形状の貫通孔となる部分２０１が上記曲面に沿って形成されている。

図２（ｃ）に示したセラミック成形体２１０は、その長手方向に多数の貫通孔となる部分２１１が隔壁となる部分２１３を隔てて並設され、その外周の一の角部付近が切除され、その部分に曲面が形成された柱状となっている。このセラミック成形体２１０の外形は、図２（ａ）に示したセラミック成形体２０と略同様であり、大部分の貫通孔となる部分２１１は、その長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であるが、上記外周に形成された曲面付近であって、その断面形状を略正方形に維持できない部分には、断面形状が略正方形であるが一部が上記曲面により切除された形状の貫通孔となる部分２１１が設けられている。また、セラミック成形体２１０の曲面が形成された外周部分には、上記曲面により切除された貫通孔となる部分２１１が露出し、溝が形成されている。

図３（ａ）〜（ｃ）は、セラミック成形体の更に別の一例を模式的に示した斜視図である。
図３（ａ）に示したセラミック成形体３０は、その長手方向に多数の貫通孔となる部分３１が隔壁となる部分３３を隔てて並設され、その外周の一の角部付近が切除され、その部分に曲面が形成されており、断面形状が略扇型の柱状となっている。このセラミック成形体３０において、貫通孔となる部分３１は、その長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であり、上記外周に形成された曲面付近であって、その断面形状を略正方形に維持できない部分には貫通孔となる部分３１が形成されていない。

図３（ｂ）に示したセラミック成形体３００は、その長手方向に多数の貫通孔となる部分３０１が隔壁となる部分３０３を隔てて並設され、その外周の一の角部付近が切除され、その部分に曲面が形成されており、断面形状が略扇型の柱状となっている。このセラミック成形体３００の外形は、図３（ａ）に示したセラミック成形体３０と略同様であり、大部分の貫通孔となる部分３０１は、その長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であるが、上記外周に形成された曲面付近であって、その断面形状を略正方形に維持できない部分には、その断面形状が略台形状や三角形状の貫通孔となる部分３０１が上記曲面に沿って形成されている。

図３（ｃ）に示したセラミック成形体３１０は、その長手方向に多数の貫通孔となる部分３１１が隔壁となる部分３１３を隔てて並設され、その外周の一の角部付近が切除され、その部分に曲面が形成されており、断面形状が略扇型の柱状となっている。このセラミック成形体３１０の外形は、図３（ａ）に示したセラミック成形体３０と略同様であり、大部分の貫通孔となる部分３１１は、その長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であるが、上記外周に形成された曲面付近であって、その断面形状を略正方形に維持できない部分には、断面形状が略正方形であるが一部が上記曲面により切除された形状の貫通孔となる部分３１１が設けられている。また、セラミック成形体３１０の曲面が形成された外周部分には、上記曲面により切除された貫通孔となる部分３１１が露出し、溝が形成されている。

なお、本発明のハニカムフィルタの製造方法において、セラミック成形体作製工程において作製するセラミック成形体は、図１〜３に示した形状に限定されることはなく、目的するハニカムフィルタの形状、大きさ（断面の直径）等を考慮して適宜決定される。

次に、上記セラミック成形体を、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機及び凍結乾燥機等を用いて乾燥させてセラミック乾燥体とした後、所定の貫通孔に充填材となる充填材ペーストを充填し、上記貫通孔に目封じする封口工程を行う。
なお、このセラミック乾燥体には、少量の分散媒液が含まれていてもよい。

図４（ａ）は、上記封口工程を行う際に使用する封口装置の一例を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、その一部を示す部分拡大断面図である。
図４に示したように、上記封口処理で用いる封口装置４００は、所定のパターンに開口部４１１ａが形成されたマスク４１１が側面に設置され、その内部が充填材ペースト４２０で満たされた二組の密閉式の充填材吐出槽４１０が、マスク４１１が形成された側面同士を向かい合うように配設されている。

このような封口装置４００を用いて上記セラミック乾燥体の封口処理を行うには、まず、セラミック乾燥体４０の端面４０ａと、充填材吐出槽４１０の側面に形成されたマスク４１１とが当接するようにセラミック乾燥体４０を充填材吐出槽４１０の間に固定する。
このとき、マスク４１１の開口部４１１ａとセラミック乾燥体４０の貫通孔４１とは、ちょうど対向する位置関係となっている。

続いて、充填材吐出槽４１０に、例えば、モノポンプ等のポンプを用いて一定の圧力を加えて、充填材ペースト４２０をマスク４１１の開口部４１１ａより吐出させ、セラミック乾燥体４０の貫通孔４１の端部に充填材ペースト４２０を侵入させることで、セラミック乾燥体４０の所定の貫通孔４１に、充填材となる充填材ペースト４２０を充填することができる。
なお、上記封口工程で使用する封口装置は、上述したような封口装置４００に限定されることはなく、例えば、その内部に攪拌片が配設された開放式の充填材吐出槽を備え、上記攪拌片を上下方向に移動させることにより、上記充填材吐出槽に満たされた充填材ペーストを流動させ、該充填材ペーストの充填を行う方式であってもよい。
また、図２（ｃ）や図３（ｃ）に示したように、貫通孔がセラミック成形体（セラミック乾燥体）の曲面に剥き出しになっている場合は、剥き出しの部分の貫通孔は封口しなくてもよい。

上記充填材ペーストとしては特に限定されず、例えば、上記混合組成物と同様のものを用いることができるが、上記混合組成物で用いた混合粉末に潤滑剤、溶剤、分散剤及びバインダーを添加したものであることが望ましい。上記封口工程の途中で充填材ペースト中の耐火性粒子が沈降することを防止することができるからである。

次に、上記充填材ペーストが充填されたセラミック乾燥体を１５０〜７００℃程度に加熱して、上記セラミック乾燥体に含まれるバインダーを除去し、セラミック脱脂体とする脱脂処理を施す。
上記セラミック乾燥体の脱脂工程は、通常、セラミック乾燥体を脱脂用治具に載置した後、脱脂炉に搬入し、酸素含有雰囲気下、３００〜６５０℃に加熱することにより行う。これにより、上記バインダー等の大部分が揮散するとともに、分解、消失する。

そして、上記セラミック脱脂体を窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、２０００〜２２００℃程度に加熱することで焼成し、セラミック粉末を焼結させて多孔質セラミック部材を製造する焼成工程を行う。

本発明のハニカムフィルタの製造方法では、上記焼成工程により所定の断面形状を有する複数種類の多孔質セラミック部材を製造する。具体的には、図１〜３に示したセラミック成形体と略同様の形状の多孔質セラミック部材を製造する。後のセラミックブロック作製工程において、これら複数種類の形状の異なる多孔質セラミック部材を組み合わせて接着し、円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のセラミックブロックを作製するためである。

なお、上記楕円柱形状のセラミックブロックとは、その長手方向に垂直に切断した場合、略楕円形状の断面が得られるセラミックブロックを指す。また、円柱形状又は楕円柱形状に近似した形状のセラミックブロックとは、その長手方向に垂直に切断した場合、円や楕円に類似した断面が得られるセラミックブロックを指す。

また、本発明において、長手方向とは、セラミックブロックを構成する多孔質セラミック部材の貫通孔に平行な方向のことをいい、また、例えば、セラミックブロック作製工程で、多数の多孔質セラミック部材を接着することで、多孔質セラミック部材の端面が形成する面の長さ（幅）の方が、その側面の長さよりも長い場合であっても、多孔質セラミック部材の側面に平行な方向のことをセラミックブロックの長手方向という。

なお、脱脂工程から焼成工程に至る一連の工程では、焼成用治具上に上記セラミック乾燥体を載せ、そのまま、脱脂工程及び焼成工程を行うことが好ましい。脱脂工程及び焼成工程を効率的に行うことができ、また、載せ代え等において、セラミック乾燥体が傷つくのを防止することができるからである。

上記多孔質セラミック部材は、平均粒径の下限が２μｍ、上限が１５０μｍのセラミック結晶からなるものであることが望ましく、下限が１０μｍ、上限が７０μｍがより望ましい。上記セラミック結晶の平均粒径が２μｍ未満であると、多孔質セラミック部材の内部に存在する気孔の気孔径が小さくなりすぎ、直ぐに目詰まりを起こすため、フィルタとして機能することが困難となる。一方、上記セラミック結晶の平均粒径が１５０μｍを超えると、その内部に存在する気孔の気孔径が大きくなりすぎ、多孔質セラミック部材の強度が低下してしまうおそれがある。また、所定の割合の開放気孔を有し、平均粒径が１５０μｍを超えるようなセラミック結晶を有する多孔質セラミック部材を製造すること自体が余り容易でない。
また、このような多孔質セラミック部材の平均気孔径は１〜４０μｍであることが望ましい。

次に、上記製造した複数種類の多孔質セラミック部材を接着剤ペーストを介して組み合わせ、円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のセラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程を行う。

このセラミックブロック作製工程においては、図５に示したように、例えば、刷毛、スキージ、ロール等を用いて、多孔質セラミック部材５０の２つの側面５０ａ、５０ｂの略全面に接着剤ペースト塗布し、所定の厚さの接着剤ペースト層５１を形成する。
そして、この接着剤ペースト層５１を形成してから、他の多孔質セラミック部材５０を接着する工程を繰り返して行い、所定の大きさ及び形状のセラミック積層体を作製する。

なお、多孔質セラミック部材５０の形状は、例えば、図１〜３に示した多孔質セラミック部材のいずれであってもよく、目的とするセラミックブロックの形状、大きさ等を考慮して適宜決定される。
なお、上記セラミックブロックの外周付近には、図２や図３に示したようなその外周の一部が切除され、その部分に曲面が形成された形状の多孔質セラミック部材を用い、上記セラミックブロックの外周付近以外の部分には、図１に示したような角柱形状の多孔質セラミック部材を用いることが好ましい。円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のセラミックブロックを作製するためである。

次に、このようにして作製したセラミック積層体を、例えば、５０〜１５０℃、１時間の条件で加熱して接着剤ペースト層５１を乾燥、硬化させ、接着剤層を形成し、図６に示したような多孔質セラミック部材５０が接着剤層６１を介して複数個結束されたセラミックブロック６０を作製し、本発明のハニカムフィルタを製造する。

接着剤層５１を構成する材質としては特に限定されず、例えば、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなるもの等を挙げることができる。

上記無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、シリカゾルが好ましい。

上記有機バインダーとしては、例えば、親水性有機高分子が望ましく、特に多糖類が望ましい。具体的には、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、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらのなかでは、カルボキシメチルセルロースが好ましい。多孔質セラミック部材の組み上げ時の流動性を確保し、常温領域での優れた接着性を示すからである。

上記無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナセラミックファイバー、ムライトファイバー、アルミナファイバー及びシリカファイバー等を挙げることができる。このような無機繊維は、無機バインダーや有機バインダー等と絡み合うことで、接着剤層の接着強度を向上させることができる。

上記無機粒子としては、例えば、炭化物及び／又は窒化物の無機粒子が望ましく、例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等が挙げられる。これらの炭化物や窒化物は、熱伝導率が非常に大きく、接着剤層の熱伝導率の向上に大きく寄与する。

また、接着剤層中には、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子のほかに、少量の水分や溶剤等を含んでいてもよいが、このような水分や溶剤等は、通常、接着剤ペーストを塗布した後の加熱等により殆ど飛散する。

本発明のハニカムフィルタの製造方法では、上記セラミックブロックを作製した後、更にセラミックブロックの外周部にコート層を形成するコート層形成工程を行ってもよい。
特に上記セラミックブロックの外周部分に図２（ｃ）や図３（ｃ）に示した構造の多孔質セラミック部材が用いられている場合、上記コート層形成工程を行うことが好ましい。上述したように、図２（ｃ）や図３（ｃ）に示した構造の多孔質セラミック部材は、その外周の曲面が形成された部分に貫通孔が露出した溝が形成されているため、そのままの状態では、本発明のハニカムフィルタを使用した際に、上記溝部分から排気ガスが漏出したり、上記溝部分に欠けやクラックが発生したりする。そこで、上記コート層形成工程を行うことで、上記溝にコート層を充填し、上記溝を埋めることで、上記排気ガスの漏出や欠け、クラック等の発生を防止することができる。
勿論、上記セラミックブロックの外周部分に図２（ｃ）や図３（ｃ）に示した構造の多孔質セラミック部材が用いられていない場合にも上記コート層形成工程を行ってもよい。

上記コート層を構成する材料としては特に限定されるものではないが、無機繊維、無機バインダー等の耐熱性の材料を含むものが好ましい。上記コート層は、上述した接着剤層と同じ材料により構成されていてもよい。

上記コート層を形成する方法としては特に限定されず、例えば、回転手段を備えた支持部材を使用し、上記セラミックブロックをその回転軸方向に軸支、回転させ、上記コート層となるコート材ペーストの塊を、回転しているセラミックブロックの外周部に付着させる。そして、板状部材等を用いてコート材ペーストを引き延ばし、コート材ペースト層を形成し、この後、例えば、１２０℃以上の温度で乾燥させることにより、水分を蒸発させることで、セラミックブロックの外周部にコート層を形成する方法を挙げることができる。

以上説明したように、本発明のハニカムフィルタの製造方法よると、複数の多孔質セラミック部材が接着剤層を介して結束された構造のハニカムフィルタを簡略な工程で、安価に製造することができる。即ち、本発明のハニカムフィルタの製造方法では、従来必須の工程であった複数の多孔質セラミック部材を接着して作製したセラミック積層体を切削する工程行うことなくハニカムフィルタを製造することができる。

また、本発明のハニカムフィルタの製造方法は、複数種類のセラミック成形体（セラミック乾燥体）を焼成して多孔質セラミック部材を製造した後、各多孔質セラミック部材を接着剤層を介して結束してハニカムフィルタを製造する。上記セラミック成形体（セラミック乾燥体）は、比較的小さな成形体であるため、焼成時に生じる熱膨張等も小さく、クラックが発生することが殆どない。従って、本発明のハニカムフィルタの製造方法によると、焼結体にクラックを発生させることなく大型のハニカムフィルタを製造することができる。

上記本発明のハニカムフィルタの製造方法により製造されたハニカムフィルタもまた、本発明の１つである。
即ち、本発明のハニカムフィルタは、本発明のハニカムフィルタの製造方法により製造されたことを特徴とする。

本発明のハニカムフィルタは、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されており、円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状である。
上記多孔質セラミック部材としては特に限定されず、例えば、図１〜図３に示したセラミック成形体と略同形状の多孔質セラミック部材が挙げられ、本発明のハニカムフィルタの構造としては、図７及び図８を用いて説明した従来のハニカムフィルタの構造と略同様のものが挙げられる。但し、ハニカムフィルタの外周付近を構成する多孔質セラミック部材に、図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）に示したセラミック成形体と略同形状の多孔質セラミック部材が用いられている場合、セラミックブロックの外周の曲面部分には貫通孔が露出した溝が存在しないため、該セラミックブロックの外周にコート層を形成することは必須ではない。
なお、本発明のハニカムフィルタを構成する材料等は、上述した本発明のハニカムフィルタの製造方法において説明した通りであるので、ここではその説明を省略する。

また、本発明のハニカムフィルタの気孔中には、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒が担持されていてもよい。
このような触媒が担持されていることで、本発明のハニカムフィルタは、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタとして機能するとともに、排気ガスに含有される上記ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化するための触媒コンバータとして機能することができる。

上記触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を挙げることができる。この貴金属からなる触媒は、所謂、三元触媒であり、このような三元触媒が担持された本発明のハニカムフィルタは、従来公知の触媒コンバータと同様に機能するものである。従って、ここでは、本発明のハニカムフィルタが触媒コンバータとしても機能する場合の詳しい説明を省略する。
但し、本発明のハニカムフィルタに担持させることができる触媒は、上記貴金属に限定されることはなく、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒であれば、任意のものを担持させることができる。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
平均粒径３０μｍのα型炭化珪素粉末７０重量部、平均粒径０．２８μｍのβ型炭化珪素粉末３０重量部、メチルセルロース５重量部、分散剤４重量部、水２０重量部を配合した後、ボールミル中にて５時間混合することにより、均一な混合組成物を調製した。
この混合組成物を押出成形機に充填し、押出速度２ｃｍ／ｍｉｎにてハニカム形状の炭化珪素からなる複数種類のセラミック成形体を作製した。このセラミック成形体の１つは、図１（ａ）に示した多孔質セラミック部材１０とほぼ同様の角柱であり、その大きさは３３ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍで、貫通孔の数が３１／ｃｍ^２で、隔壁の厚さが０．３５ｍｍであった。
また、上記混合組成物を用いて図２（ａ）及び図３（ａ）に示したような角柱の一部が切除され、その部分に曲面が形成されたセラミック成形体も作製した。

これらのセラミック成形体をマイクロ波や熱風による乾燥機を用いて乾燥させ、炭化珪素からなるセラミック乾燥体とし、このセラミック乾燥体に、上記混合組成物と同成分の充填材ペーストを用いて、上記セラミック乾燥体の貫通孔の所定箇所に充填材を端面から１０ｍｍの深さにまで充填した後、４５０℃で脱脂し、さらに、２２００℃で加熱焼成することで炭化珪素からなり、その形状が異なる複数種類の多孔質セラミック部材を製造した。

次に、繊維長０．２ｍｍのアルミナファイバー３０重量％、平均粒径０．６μｍの炭化珪素粒子２１重量％、シリカゾル１５重量％、カルボキシメチルセルロース５．６重量％、及び、水２８．４重量％を含む耐熱性の接着剤ペーストを用いて上記多孔質セラミック部材を、図５を用いて説明した方法により多数結束させることにより、直径が１６５ｍｍで円柱形状のセラミックブロックを作製し、多数の炭化珪素からなる多孔質セラミック部材が接着剤層を介して結束された構造のハニカムフィルタを製造した。
このとき、上記多孔質セラミック部材を結束する接着剤層の厚さが１ｍｍとなるように調整した。

実施例２
外周部分を構成する多孔質セラミック部材を図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示したセラミック成形体ように、外周に形成された曲面部分付近にその断面形状が略台形状や三角形状の貫通孔が形成されたものとしたほかは、実施例１と同様にして焼成、接着等を行い、セラミックブロックを作製し、多数の炭化珪素からなる多孔質セラミック部材が接着剤層を介して結束された構造のハニカムフィルタを製造した。

実施例３
外周部分を構成する多孔質セラミック部材を図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示したセラミック成形体ように、外周に形成された曲面部分に貫通孔が露出した形状のものとしたほかは、実施例１と同様にして焼成、接着等を行い、セラミックブロックを作製した。

次に、上記セラミックブロックの両端面に、粘着剤として熱硬化性ゴム系粘着剤を塗布したＰＥＴフィルムからなる保護フィルム（日東電工社製：Ｎｏ．３１５）を貼り付けた。なお、この保護フィルムは、上記セラミックブロックの端面と同形状である。

そして、上記セラミックブロックの外周部に上記接着剤層と同じ組成からなるコート材ペースト層を形成し、上記コート材ペースト層の乾燥を行いコート層とした後、上記保護フィルムを剥離することで、多数の炭化珪素からなる多孔質セラミック部材が接着剤層を介して結束された構造のハニカムフィルタを製造した。

比較例１
実施例１と同様の混合組成物を用いて複数の角柱形状のセラミック成形体を乾燥させてセラミック乾燥体を作製した。
次に、上記セラミック乾燥体を接着剤ペーストを介して組み上げて積層体を作製し、該積層体の外周に切削加工を施した後、実施例１と同条件で脱脂及び焼成することにより、多孔質炭化珪素からなるハニカムフィルタを製造した。

比較例２
図１に示したセラミック成形体と略同形状の角柱形状の多孔質セラミック部材を複数個製造し、これらを接着剤ペーストを介して組み上げ上記接着剤ペーストを乾燥、硬化させてセラミック積層体を作製した後、該セラミック積層体の外周に切削加工を施すことにより、セラミックブロックを製造した以外は、実施例２と同様にして多孔質炭化珪素からなるハニカムフィルタを製造した。

実施例１〜３に係るハニカムフィルタは、欠けやクラック等が全く発生しておらず、簡易な工程で安価に製造することができた。
一方、比較例１に係るハニカムフィルタは、焼成工程におけるセラミック乾燥体の熱膨張が大きく、クラックが発生している部分があった。また、比較例２に係るハニカムフィルタは、クラックは発生していなかったが、切削加工を施す必要があり、作業が煩雑なものであった。

また、実施例１〜３に係るハニカムフィルタをエンジンの排気通路に設けたケーシング内に保持シール体を介して配置し、上記エンジンを無負荷状態で、最高の回転数にして運転するパティキュレートの捕集試験を行ったところ、クラック等を発生させることなく、好適に排気ガス中のパティキュレートを捕集することができた。

１０、２０、３０、２００、２１０、３００、３１０ セラミック成形体
１１、２１、３１、２０１、２１１、３０１、３１１ 貫通孔となる部分
１３、２３、３３、２０３、２１３、３０３、３１３ 隔壁となる部分
４０、５０ セラミック乾燥体
４１ 貫通孔
４３ 隔壁
５１ 接着剤ペースト層
６０ セラミックブロック
６１ 接着剤層
４００ 封口装置
４１０ 充填材吐出槽
４１１ マスク
４１１ａ 開口部
４２０ 充填材ペースト

Claims (4)

1. 多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、前記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成された、円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のハニカムフィルタの製造方法であって、
   複数種類の前記多孔質セラミック部材を接着剤ペーストを介して組み合わせ、円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した形状のセラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程を含み、
   前記多孔質セラミック部材として、貫通孔の長手方向に垂直な方向の断面形状が略正方形であり、外周に形成された曲面付近であって、その断面形状を略正方形に維持できない部分には、貫通孔が形成されていない多孔質セラミック部材を含む
   ことを特徴とするハニカムフィルタの製造方法。
2. セラミックブロック作製工程を行う際、
   角柱の一部が削除され、その部分に曲面が形成された形状の多孔質セラミック部材であって、その形状が異なる複数のものと、
   角柱形状の多孔質セラミック部材と
   を組み合わせる請求項１記載のハニカムフィルタの製造方法。
3. セラミックブロック作製工程を行った後、さらに、作製したセラミックブロックの外周にコート層を形成するコート層形成工程を行う請求項１又は２記載のハニカムフィルタの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載のハニカムフィルタの製造方法により製造されたことを特徴とするハニカムフィルタ。

Images