JP2012024698A - ハニカムフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスの浄化効率を向上させることが可能なハニカムフィルタを提供する。
【解決手段】ハニカムフィルタ１００は、マグネシウム及びケイ素を含む多孔質のチタン酸アルミニウムから構成されていると共に、隔壁１１２により仕切られた互いに略平行な複数の流路１１０ａ、１１０ｂを有し、一端面１００ａにおいて流路１１０ａの一端が封口部１１４により封口されており、他端面１００ｂにおいて流路１１０ｂの他端が封口部１１４により封口されており、流路１１０ｂ内における隔壁１１２の表面上には、セリアを含む触媒層１２０、及び、貴金属触媒を含む触媒層１３０が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカムフィルタに関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスに含まれる有害物質を除去するフィルタとして、隔壁により仕切られた互いに略平行な複数の流路を有するフィルタが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。排気ガスには、炭素粒子等の微細粒子（ＰＭ）が有害物質として含まれている。特許文献１に記載のフィルタは、複数の流路のうちの一部の一端及び複数の流路のうちの残部の他端を、隣接する流路において交互に封口材によって封口することにより、微細粒子を捕集するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）用のフィルタとして用いられている。ＤＰＦ用のハニカムフィルタでは、排気ガス中の微細粒子が隔壁の表面に捕集されると共に、隔壁の表面などに担持された酸化触媒（例えば貴金属触媒）の作用により微細粒子が燃焼・除去される。

特開２００９−２３３５８７号公報

ＤＰＦ用のハニカムフィルタは、使用時に発生する熱応力によってクラックが生じたり、封止材と隔壁との間に隙間が生じたりすると、微細粒子の捕集や燃焼が充分に行われず、排気ガスが充分に浄化されなくなる場合がある。そのため、ハニカムフィルタに対しては、従来よりも排気ガスの浄化効率を向上させることが求められている。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、排気ガスの浄化効率を向上させることが可能なハニカムフィルタを提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、マグネシウム及びケイ素を含む多孔質のチタン酸アルミニウムから構成されているハニカムフィルタにおいて、流路内における隔壁の表面上に形成される層の層構成及び含有成分を調整することで、上記目的が達成されることを見出した。すなわち、本発明に係るハニカムフィルタは、マグネシウム及びケイ素を含む多孔質のチタン酸アルミニウムから構成されていると共に、隔壁により仕切られた互いに略平行な複数の流路を有し、複数の流路のうちの一部の一端及び複数の流路のうちの残部の他端が封口されており、流路内における隔壁の表面上には、セリアを含む第１の層、及び、当該第１の層とは異なると共に貴金属触媒を含む第２の層が形成されている。

ところで、貴金属触媒の存在下において微細粒子が燃焼するためには、微細粒子の周囲に充分な酸素が存在していることを要する。そのため、流路内において微細粒子の酸化反応やその他の各種反応（例えば、ＨＣやＣＯの酸化反応）により酸素が消費されると、酸素が充分に存在していない空間が生じることとなり、流路内において微細粒子が局所的に充分に燃焼しなくなる場合がある。これにより、未燃焼の微細粒子が隔壁の表面に過剰に堆積することや、ハニカムフィルタを通過した排気ガス中の微細粒子の残存量が増加することなどの不具合が生じる。

一方、本発明では、セリアを含む第１の層が流路内に形成されており、セリアが酸素吸蔵材として作用する。この場合、酸素が充分に存在しない空間が流路内に生じたとしても、セリアに吸蔵された酸素が当該空間に供給されることで、酸素が充分に存在しない空間において微細粒子の燃焼が妨げられることを抑制することができる。これにより、本発明では、第２の層の貴金属触媒の存在下において微細粒子の燃焼が安定して行われる。また、本発明に係るハニカムフィルタは、マグネシウム及びケイ素を含む多孔質のチタン酸アルミニウムから構成されている。これにより、使用時に発生する熱応力によってクラックが生じたり、封止材と隔壁との間に隙間が生じたりすることを抑制可能であり、微細粒子の捕集や燃焼が安定して行われる。これらの要因に基づき、本発明に係るハニカムフィルタでは、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。

第２の層は、貴金属触媒が担持された金属酸化物粒子を含むことが好ましい。この場合、排気ガスの浄化効率を更に向上させることができる。

第１の層は、構成元素として貴金属元素を含まないことが好ましい。この場合、第１の層において、セリアに吸蔵された酸素が貴金属元素の存在下で各種反応に消費されることが抑制されるため、微細粒子の燃焼が更に安定して行われる。

第１の層は、ジルコニア又はアルミナの少なくとも一方を更に含むことが好ましい。この場合、セリアが過剰に焼結して酸素吸蔵能が低下することを抑制することができる。

第１の層の表面は、第２の層に被覆されている部分と、第２の層に被覆されていない部分とを有していることが好ましい。この場合、セリアにおける酸素の吸蔵・放出と貴金属触媒における微細粒子の燃焼とが高度に両立されるため、微細粒子の燃焼が更に安定して行われる。

複数の流路は、軸方向に垂直な断面形状が四角形である流路を有していてもよく、軸方向に垂直な断面形状が六角形である流路を有していてもよい。

本発明によれば、排気ガスの浄化効率を向上させることが可能なハニカムフィルタを提供できる。本発明では、排気ガスの浄化効率を向上させることで、ハニカムフィルタを通過した排気ガスにおける微細粒子の残存量を低減することができる。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るハニカムフィルタを示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ矢視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るハニカムフィルタの隔壁を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて隔壁の表面上に形成される層を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、寸法の比率は図面に示すものに限定されない。

＜ハニカムフィルタ＞
本実施形態に係るハニカムフィルタ１００は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに略平行に配置された複数の流路１１０ａ，１１０ｂを有する円柱体である。流路１１０ａ，１１０ｂは、ハニカムフィルタ１００の中心軸に略平行に伸びる隔壁１１２により仕切られている。ハニカムフィルタ１００に形成された複数の流路のうちの一部を構成する流路１１０ａの一端は、ハニカムフィルタ１００の一端面１００ａにおいて封口部１１４により封口されており、流路１１０ａの他端は、ハニカムフィルタ１００の他端面１００ｂにおいて開口している。一方、ハニカムフィルタ１００に形成された複数の流路のうちの残部を構成する流路１１０ｂの一端は、一端面１００ａにおいて開口しており、流路１１０ｂの他端は、他端面１００ｂにおいて封口部１１４により封口されている。ハニカムフィルタ１００において、流路１１０ｂの一端はガス流入口として開口しており、流路１１０ａの他端はガス流出口として開口している。

ハニカムフィルタ１００では、隣接する流路において流路１１０ａと流路１１０ｂとが交互に配置されて格子構造が形成されている。複数の流路１１０ａ，１１０ｂは、ハニカムフィルタ１００の両端面に垂直であり、端面から見て正方形配置、すなわち、流路１１０ａ，１１０ｂの中心軸が、正方形の頂点にそれぞれ位置するように配置されている。流路１１０ａ，１１０ｂの軸方向に垂直な断面形状は、例えば正方形（四角形）である。

ハニカムフィルタ１００が円柱体である場合、流路の長手方向におけるハニカムフィルタ１００の長さは、例えば４０〜３５０ｍｍであり、ハニカムフィルタ１００の外径は、例えば１００〜３２０ｍｍである。また、流路１１０ａ，１１０ｂの長手方向に垂直な断面の内径（正方形の一辺の長さ）は、例えば０．８〜２．５ｍｍである。隔壁１１２の厚みは、例えば０．０５〜０．５ｍｍである。

ハニカムフィルタ１００の平均細孔径は、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。ハニカムフィルタ１００の平均細孔径が１μｍ以上であると、微細粒子の堆積により細孔が閉塞し難くなり、排気ガスの浄化効率を更に向上させることができる。一方、ハニカムフィルタ１００の平均細孔径は、３０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましく、１５μｍ以下が更に好ましい。ハニカムフィルタ１００の平均細孔径が３０μｍ以下であると、捕集されずに隔壁１１２を通過してしまう微細粒子が減少する傾向があり、排気ガスの浄化効率を更に向上させることができる。ハニカムフィルタ１００の平均細孔径は、無機化合物粉末の粒度分布、造孔剤の粒度分布、グリーン成形体の焼成条件により調整可能であり、例えば水銀圧入法により測定することができる。

ハニカムフィルタ１００の気孔率は、通気抵抗（δＰ）の増加を抑制し、排気ガスの浄化効率を更に向上させる観点から、３５体積％以上が好ましく、４０体積％以上がより好ましい。ハニカムフィルタ１００の気孔率は、捕集されずに隔壁１１２を通過してしまう微細粒子が減少させ、排気ガスの浄化効率を更に向上させる観点から、６０体積％以下が好ましく、５０体積％以下がより好ましい。ハニカムフィルタ１００の気孔率は、造孔剤の添加量により調整可能であり、水銀圧入法により測定することができる。

ハニカムフィルタ１００は、マグネシウム及びケイ素を含む多孔質のチタン酸アルミニウムから構成されている。このような材料により構成されているハニカムフィルタ１００は、熱膨張係数を小さくすることが可能であり、熱膨張係数を例えば１.０×１０^−７〜１．０×１０^−５／Ｋとすることができる。また、このような材料により、融点が高く、使用時の耐熱衝撃性に優れ、微細粒子の限界堆積量が大きい点において優れた焼結体とすることができる。ハニカムフィルタ１００は、Ｘ線回折スペクトルにおいて、チタン酸アルミニウムマグネシウム（Ａｌ_{２（１−ｘ）}Ｍｇ_ｘＴｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５）の結晶パターンのほか、チタン酸アルミニウム（Ａｌ_２ＴｉＯ_５）やアルミナ、チタニア等の結晶パターンを含んでいてもよい。

ハニカムフィルタ１００におけるアルミニウムの含有率は、酸化アルミニウム換算で４５〜６０モル％が好ましい。ハニカムフィルタ１００におけるチタンの含有率は、酸化チタン換算で３５〜５５モル％が好ましい。ハニカムフィルタ１００におけるマグネシウムの含有率は、酸化マグネシウム換算で２〜６モル％が好ましい。ハニカムフィルタ１００におけるケイ素の含有率は、酸化ケイ素換算で１〜１０モル％が好ましく、２〜６モル％がより好ましい。なお、ハニカムフィルタ１００の組成は、原料混合物の組成により適宜調整することができる。ハニカムフィルタ１００は、上記の成分以外に、原料に由来する成分又は製造工程において不可避的に仕掛品に混入する微量の成分を含有し得る。

図２に示すように、流路１１０ｂ内における隔壁１１２の表面上には、触媒層（第１の層）１２０、及び、触媒層１２０とは異なる触媒層（第２の層）１３０が形成されている。触媒層１２０はセリアを含み、触媒層１３０は貴金属触媒を含んでいる。

触媒層１２０及び触媒層１３０の相互の配置関係は、様々な形態を有している。例えば、触媒層１２０を完全に覆うように触媒層１３０が触媒層１２０上に形成されている配置関係（図２中の（ａ）参照）と、触媒層１２０を部分的に覆うように触媒層１３０が触媒層１２０上に形成されている配置関係（図２中の（ｂ）参照）と、触媒層１２０及び触媒層１３０が相互に被覆しあうことなく接触する配置関係（図２中の（ｃ）参照）と、触媒層１２０及び触媒層１３０が接触していない配置関係（図２中の（ｄ）参照）とが存在している。

これらの中でも、排気ガス中の微細粒子が貴金属触媒に接触し易くなる観点から、触媒層１２０及び触媒層１３０は、触媒層１２０上に触媒層１３０が形成されるような配置関係を有することが好ましい。また、セリアにおける酸素の吸蔵・放出と貴金属触媒における微細粒子の燃焼とが高度に両立される観点から、触媒層１２０の表面は、触媒層１３０に被覆されている部分と、触媒層１３０に被覆されていない部分とを有していることが好ましい。

また、隔壁１１２は、多孔質セラミックス焼結体から構成されており、隔壁１１２内には多数の微細孔１１２ａが形成されている。触媒層１２０及び触媒層１３０は、隔壁１１２の表面と共に、隔壁１１２内における微細孔１１２ａの表面に更に形成されていてもよい。

触媒層１３０は、貴金属触媒が担持された金属酸化物粒子を含むことが好ましい。触媒層１３０は、例えば、図３（ａ）に示すように、貴金属触媒１４０が担持された金属酸化物粒子１５０からなる層であってもよく、図３（ｂ）に示すように、金属酸化物粒子１５０からなる層の表面のみに貴金属触媒１４０が担持されてなる層であってもよい。触媒層１２０は、層内にセリアを含んでいればよく、例えば、セリアが担持された金属酸化物粒子からなる層であってもよく、金属酸化物粒子からなる層の表面のみにセリアが担持されてなる層であってもよく、セリア粒子からなる層であってもよい。

触媒層１３０の金属酸化物としては、例えばアルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカゲル、ゼオライトが挙げられる。アルミナとしては、γ−アルミナ又はその前駆体の少なくとも一方が好ましい。γ−アルミナは、α−アルミナよりも大きい表面積（例えば比表面積１００ｍ^２／ｇ程度）を有しており、触媒層１３０上に触媒を担持させやすい。γ−アルミナの前駆体としては、例えばベーマイト、アルミナゾル、擬ベーマイトが挙げられる。これらの前駆体を焼成するとγ−アルミナが生成し、さらに、γ−アルミナを焼成するとα−アルミナが生成する。

触媒層１２０の金属酸化物としては、セリアとは異なる金属酸化物が好ましく、例えばアルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカゲル、ゼオライトが挙げられ、アルミナとしては触媒層１３０と同様のものを使用することができる。触媒層１２０は、セリアと共にジルコニア又はアルミナの少なくとも一方を含むことが好ましく、セリア、ジルコニア及びアルミナを含むことがより好ましい。

触媒層１３０の貴金属触媒としては、例えば白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、ニッケル及びこれらの合金が挙げられ、これらの中でも、白金、パラジウム、ロジウムが好ましい。一方、触媒層１２０は、構成元素として貴金属元素を含まないことが好ましい。触媒層１３０において、貴金属触媒の含有量（担持量）は、触媒層の全量を基準として０．０１〜１質量％が好ましい。なお、触媒層の質量には、貴金属触媒の質量が含まれているものとする。

触媒層１２０，１３０のそれぞれの被覆量は、ハニカムフィルタ１００の全量を基準として１〜２０質量％が好ましい。触媒層の被覆量が２０質量％を超えると、浄化効果が向上するものの触媒費が高くなる傾向がある。触媒層の被覆量が１質量％未満であると、浄化性能が低下する傾向がある。

ところで、内燃機関の燃料や潤滑油には、硫黄、リン、カルシウム、亜鉛等の成分が含有されており、これらの成分に由来する炭酸カルシウムやリン酸カルシウム等の化合物が生成し、当該化合物がアッシュとして凝集する場合がある。本実施形態において触媒層１２０，１３０は、これらのアッシュを捕捉する補足材を含有していてもよい。捕捉材としては、例えばガラス質材料、無機化合物フラックス、アルミナ、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物が挙げられる。

ここで、ハニカムフィルタ１００は、内燃機関の排気ガス通路内に配置され、内燃機関から排出される排気ガスは、例えば、ハニカムフィルタ１００において矢印Ｇ（図１（ｂ））に沿って移動する。すなわち、排気ガスは、一端面１００ａから流路１１０ｂに流入した後、隔壁１１２内の連通気孔を通過して流路１１０ａに移動し、他端面１００ｂから外部へ流出する。排気ガス中の微細粒子は、排気ガスが流路１１０ｂから流路１１０ａへ移動するに際して、隔壁１１２に捕集されると共に、触媒層１３０に含まれる貴金属触媒の存在下で燃焼・除去される。ハニカムフィルタ１００に流入した排気ガスは、ハニカムフィルタ１００内の移動に伴い微細粒子が除去され、浄化された状態でハニカムフィルタ１００から流出する。

このようなハニカムフィルタ１００では、セリアを含む触媒層１２０が流路１１０ｂ内に形成されており、セリアが酸素吸蔵材として作用する。この場合、酸素が充分に存在しない空間が流路１１０ｂ内に生じたとしても、セリアに吸蔵された酸素が当該空間に供給されることで、酸素が充分に存在しない空間において微細粒子の燃焼が妨げられることを抑制することができる。これにより、ハニカムフィルタ１００では、触媒層１３０の貴金属触媒の存在下における微細粒子の燃焼・除去が安定して行われる。

本実施形態に係るハニカムフィルタ１００はＤＰＦ用のフィルタとして好適であり、内燃機関の排気ガス通路内に配置され、排気ガス中の炭素粒子等の微細粒子（ＰＭ）を捕集することができる。但し、ハニカムフィルタ１００の用途はＤＰＦに限定されない。ハニカムフィルタ１００は、内燃機関の排気ガス通路内に配置され、排気ガス中に含まれるその他の有害物質を除去することもできる。例えば、上記貴金属触媒の存在下において、排気ガス中の窒素酸化物を還元除去すると共に、一酸化炭素を酸化除去することができる。なお、これらの有害物質を除去するため、上記貴金属触媒とは異なる触媒を触媒層１３０に別途含ませてもよい。

＜ハニカムフィルタの製造方法＞
ハニカムフィルタ１００は、両端面において全ての流路が開口している点を除いてハニカムフィルタ１００と略同一の形状を有するグリーン成形体を形成した後、流路の封口、グリーン成形体の仮焼き・焼成、触媒層の形成を行って得ることができる。

［グリーン成形体の形成］
グリーン成形体は、無機化合物粉末、有機バインダ及び溶媒等を混練機により混合して調製される原料混合物を成形することで得ることができる。原料混合物の成形には、隔壁１１２の形状に対応する出口開口を有する押出成形機を用いる。なお、グリーン成形体を形成した後に、研削加工等により、所望の形状に加工してもよい。

｛無機化合物粉末｝
無機化合物粉末は、アルミニウム源粉末及びチタン源粉末を少なくとも含み、マグネシウム源粉末及びケイ素源粉末等を更に含んでもよい。

（アルミニウム源）
アルミニウム源は、ハニカムフィルタ１００を構成するアルミニウム成分となる化合物である。アルミニウム源としては、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）が挙げられる。

アルミニウム源は、単独で空気中で焼成することによりアルミナに導かれる化合物であってもよい。かかる化合物としては、例えばアルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウムが挙げられる。

アルミニウム塩は、無機酸との無機塩であってもよいし、有機酸との有機塩であってもよい。アルミニウム無機塩としては、例えば、硝酸アルミニウム、硝酸アンモニウムアルミニウム等のアルミニウム硝酸塩、炭酸アンモニウムアルミニウム等のアルミニウム炭酸塩が挙げられる。アルミニウム有機塩としては、例えば、蓚酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウムが挙げられる。

アルミニウムアルコキシドとしては、例えば、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムｔｅｒｔ−ブトキシドが挙げられる。

水酸化アルミニウムの結晶型としては、例えば、ギブサイト型、バイヤライト型、ノロソトランダイト型、ベーマイト型、擬ベーマイト型が挙げられ、不定形（アモルファス）であってもよい。アモルファスの水酸化アルミニウムとしては、例えば、アルミニウム塩、アルミニウムアルコキシドのような水溶性アルミニウム化合物の水溶液を加水分解して得られるアルミニウム加水分解物も挙げられる。

アルミニウム源としては、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。なお、アルミニウム源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。アルミニウム源粉末の粒子径は、例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％に相当する粒子径（Ｄ５０）が２０〜６０μｍとすることができる。

（チタン源）
チタン源は、ハニカムフィルタ１００を構成するチタン成分となる化合物であり、かかる化合物としては、例えば酸化チタンが挙げられる。酸化チタンとしては、例えば、酸化チタン（ＩＶ）、酸化チタン（ＩＩＩ）、酸化チタン（ＩＩ）が挙げられ、なかでも酸化チタン（ＩＶ）が好ましく用いられる。酸化チタン（ＩＶ）の結晶型としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型等が挙げられ、不定形（アモルファス）であってもよい。より好ましくは、アナターゼ型、ルチル型の酸化チタン（ＩＶ）である。

チタン源は、単独で空気中で焼成することによりチタニア（酸化チタン）に導かれる化合物であってもよい。かかる化合物としては、例えば、チタン塩、チタンアルコキシド、水酸化チタン、窒化チタン、硫化チタン、チタン金属が挙げられる。

チタン塩としては、例えば三塩化チタン、四塩化チタン、硫化チタン（ＩＶ）、硫化チタン（ＶＩ）、硫酸チタン（ＩＶ）が挙げられる。チタンアルコキシドとしては、例えばチタン（ＩＶ）エトキシド、チタン（ＩＶ）メトキシド、チタン（ＩＶ）ｔ−ブトキシド、チタン（ＩＶ）イソブトキシド、チタン（ＩＶ）ｎ−プロポキシド、チタン（ＩＶ）テトライソプロポキシド、及び、これらのキレート化物が挙げられる。

チタン源としては、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。なお、チタン源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。チタン源粉末の粒子径は、例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％に相当する粒子径（Ｄ５０）が０．５〜２５μｍとすることができる。

（マグネシウム源）
原料混合物は、マグネシウム源を更に含有していてもよい。マグネシウム源を含む原料混合物から製造されたハニカムフィルタ１００は、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶の焼結体である。

マグネシウム源としては、マグネシア（酸化マグネシウム）のほか、単独で空気中で焼成することによりマグネシアに導かれる化合物が挙げられる。かかる化合物としては、例えば、マグネシウム塩、マグネシウムアルコキシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムが挙げられる。

マグネシウム塩としては、例えば塩化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、ピロリン酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、ミリスチン酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、ジメタクリル酸マグネシウム、安息香酸マグネシウムが挙げられる。マグネシウムアルコキシドとしては、例えばマグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシドが挙げられる。

マグネシウム源としては、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。なお、マグネシウム源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。マグネシウム源粉末の粒子径は、例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％に相当する粒子径（Ｄ５０）が０．５〜３０μｍとすることができる。

（ケイ素源）
原料混合物は、ケイ素源を更に含有していてもよい。ケイ素源は、シリコン成分となってハニカムフィルタ１００に含まれる化合物である。ケイ素源を含有することにより、耐熱性が向上したハニカムフィルタ１００を得ることが可能となる。ケイ素源としては、例えば、二酸化ケイ素、一酸化ケイ素等の酸化ケイ素（シリカ）が挙げられる。

ケイ素源は、単独で空気中で焼成することによりシリカに導かれる化合物であってもよい。かかる化合物としては、例えば、ケイ酸、炭化ケイ素、窒化ケイ素、硫化ケイ素、四塩化ケイ素、酢酸ケイ素、ケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、長石、ガラスフリットが挙げられる。

ケイ素源としては、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。なお、ケイ素源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。ケイ素源粉末の粒子径は、例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％に相当する粒子径（Ｄ５０）が０．５〜３０μｍとすることができる。

また、原料混合物は、アルミニウム、チタン、マグネシウム及びケイ素のうち２つ以上の金属元素を含有する化合物を含んでもよい。かかる化合物としては、チタン酸アルミニウム、チタン酸アルミニウムマグネシウム、マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）等の複合酸化物が挙げられる。

｛有機バインダ｝
有機バインダとしては、水溶性の有機バインダが好ましい。水溶性の有機バインダとしては、例えばメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等のセルロース類；ポリビニルアルコール等のアルコール類；リグニンスルホン酸塩等の塩が挙げられる。有機バインダの添加量は、無機化合物粉末の１００質量部に対して、通常０．１〜２０質量部である。

｛溶媒｝
溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール等のアルコール類、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコール等のグリコール類、及び水等の極性溶媒を用いることができる。なかでも、水が好ましく、不純物が少ない点でイオン交換水がより好ましい。溶媒の添加量は、無機化合物粉末の１００質量部に対して、通常１０〜１００質量部である。なお、溶媒として非極性溶媒を用いてもよい。

｛その他の添加物｝
原料混合物は、有機バインダ以外の有機添加物を含むことができる。その他の有機添加物としては、例えば造孔剤、潤滑剤、可塑剤、分散剤が挙げられる。

造孔剤としては、例えば、グラファイト等の炭素材、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類、でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーン等の植物材料、氷、及びドライアイスが挙げられる。造孔剤の添加量は、無機化合物粉末の１００質量部に対して通常０〜４０質量部である。焼成時に造孔剤が焼失することにより、焼結体において造孔剤が存在していた箇所に微細孔が形成される。この微細孔の孔径はディーゼル燃料に由来する微細粒子の粒子径よりも小さい。したがって、気体は微細孔中を通過できるが、微細粒子は通過できない。

潤滑剤及び可塑剤としては、例えば、グリセリン等のアルコール類、カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラギン酸、オレイン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸、ステアリン酸Ａｌ等のステアリン酸金属塩が挙げられる。潤滑剤及び可塑剤の添加量は、無機化合物粉末の１００質量部に対して通常０〜１０質量部である。

分散剤としては、例えば、硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸、シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等の界面活性剤が挙げられる。分散剤の添加量は、無機化合物粉末の１００質量部に対して通常０〜２０質量部である。

［封口工程］
封口工程では、公知の方法によりグリーン成形体の流路の端部を封口する。封口材としては、無機化合物粉末（セラミックス材料、セラミックスの原料粉末又はそれらの混合物）、有機バインダ、潤滑剤、造孔剤及び溶媒等の混合物を用いればよい。無機化合物粉末の組成は、グリーン成形体を形成するための無機化合物粉末の組成と同じであってもよく、異なっていてもよい。

［グリーン成形体の仮焼き及び焼成］
グリーン成形体を仮焼き（脱脂）し、かつ焼成することにより得られる焼成体は、主にチタン酸アルミニウムの結晶粒子の焼結体から構成されている。仮焼（脱脂）は、グリーン成形体中の有機バインダや、必要に応じて配合される有機添加物を焼失、分解等により除去するための工程である。典型的な仮焼き工程は、焼成工程の初期段階、すなわちグリーン成形体が焼成温度に至るまでの昇温段階（例えば、３００〜９００℃の温度範囲）に相当する。仮焼（脱脂）工程おいては、昇温速度を極力おさえることが好ましい。

グリーン成形体の焼成温度は、通常１３００〜１６５０℃である。この温度範囲でグリーン成形体を焼成することにより、グリーン成形体中の無機化合物粉末が確実に焼結する。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではないが、通常１〜５００℃／時間である。

焼成は、通常大気中で行なわれるが、用いる原料粉末の種類や使用量によっては、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガス等のような還元性ガス中で焼成してもよい。また、水蒸気分圧を低くした雰囲気中で焼成してもよい。

焼成は、通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉等の焼成炉を用いて行なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。

焼成に要する時間は、グリーン成形体がチタン酸アルミニウム結晶に遷移するのに充分な時間であればよく、グリーン成形体の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気等により異なるが、通常は１０分〜２４時間である。

なお、グリーン成形体の仮焼きと焼成を個別に行ってもよい。仮焼き工程では、有機バインダその他の有機添加物の熱分解温度以上であり、かつ、無機化合物粉末の焼結温度よりも低い温度でグリーン成形体を加熱すればよい。焼成工程では、仮焼き工程後のグリーン成形体を無機化合物粉末の焼結温度以上の温度で加熱すればよい。

グリーン成形体を焼成することにより、成形直後のグリーン成形体の形状をほぼ維持した焼成体を得ると共に、封口材が焼結して各流路の端部に封口部１１４が形成される。なお、焼成体を得た後に、研削加工等により焼成体を所望の形状に加工することもできる。

［触媒層の形成］
焼成体の流路内における隔壁１１２の表面等に触媒層１２０，１３０を形成する。触媒層１３０が、貴金属触媒が担持された金属酸化物粒子からなる層である場合、貴金属触媒や金属酸化物粒子（又は焼成してこれらの成分となる材料）を含むスラリーを各流路に供給した後に乾燥・焼成処理などを行うことにより得ることができる。触媒層１３０が、金属酸化物粒子からなる層の表面のみに貴金属触媒が担持されてなる場合、金属酸化物粒子（又は焼成して金属酸化物粒子となる材料）を含むスラリーを各流路に供給した後に乾燥・焼成処理などを行い、その後、貴金属触媒（又は焼成して貴金属触媒となる材料）を含むスラリーを各流路に供給した後に乾燥・焼成処理などを行うことにより得ることができる。各流路にスラリーを供給する方法としては、各流路に選択的にスラリーを注入してもよく、焼成体全体をスラリーに浸漬してもよい。

触媒層１２０が、セリアが担持された金属酸化物粒子からなる層や、金属酸化物粒子からなる層の表面のみにセリアが担持されてなる場合についても、担持成分を変更して触媒層１３０と同様の手法を行うことにより触媒層１２０を得ることができる。触媒層１２０が、セリア粒子からなる層である場合、セリア粒子（又は焼成してセリア粒子となる材料）を含むスラリーを各流路に供給した後に乾燥・焼成処理などを行うことにより得ることができる。

焼成して金属酸化物粒子となる材料としては、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、水酸化アルミニウム、アルミナゾル等のアルミニウム源、硝酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム等のジルコニウム源が挙げられる。焼成してセリア粒子となる材料としては、硝酸セリウム、塩化セリウム、硫酸セリウム等が挙げられる。焼成して貴金属触媒となる材料としては、例えばジニトロアンミン白金硝酸塩、塩化白金酸、塩化パラジウム、塩化ルテニウム、塩化ロジウム、塩化ニッケルが挙げられる。また、触媒層１２０，１３０がアッシュに対する捕捉材を含む場合には、スラリーに捕捉材が添加される。

以上により、流路内における隔壁１１２の表面や、隔壁１１２内の微細孔の表面に触媒層１２０，１３０が形成され、ハニカムフィルタ１００が得られる。

以上、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、ハニカムフィルタ１００の形状は、円柱体に限定されず、用途に応じて任意の形状（例えば、多角柱や楕円柱）とすることができる。また、流路１１０ａ，１１０ｂの軸方向に垂直な断面形状は、正方形（四角形）に限定されず、例えば、三角形、長方形、六角形、八角形、円形等でもよく、また、複数の形状の組み合わせでもよい。

上記実施形態では、触媒層１２０，１３０は、流路１１０ａ，１１０ｂのうち流路１１０ｂのみに形成されているが、流路１１０ａ及び流路１１０ｂの両方に形成されていてもよい。

上記実施形態では、グリーン成形体を焼成する前に封口工程を行っているが、グリーン成形体を焼成した後に封口工程を行ってもよい。また、上記実施形態では、グリーン成形体の焼成や封口工程の後に触媒層の形成を行っているが、グリーン成形体の焼成や封口工程に先立って触媒層の形成を行ってもよい。

１００…ハニカムフィルタ、１００ａ…一端面、１００ｂ…他端面、１１０ａ，１１０ｂ…流路、１１２…隔壁、１１２ａ…微細孔、１１４…封口部、１２０…触媒層（第１の層）、１３０…触媒層（第２の層）、１４０…貴金属触媒、１５０…金属酸化物粒子。

Claims (7)

1. マグネシウム及びケイ素を含む多孔質のチタン酸アルミニウムから構成されていると共に、隔壁により仕切られた互いに略平行な複数の流路を有し、
   前記複数の流路のうちの一部の一端及び前記複数の流路のうちの残部の他端が封口されており、
   前記流路内における前記隔壁の表面上には、セリアを含む第１の層、及び、当該第１の層とは異なると共に貴金属触媒を含む第２の層が形成されている、ハニカムフィルタ。
2. 前記第２の層は、前記貴金属触媒が担持された金属酸化物粒子を含む、請求項１に記載のハニカムフィルタ。
3. 前記第１の層は、構成元素として貴金属元素を含まない、請求項１又は２に記載のハニカムフィルタ。
4. 前記第１の層は、ジルコニア又はアルミナの少なくとも一方を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
5. 前記第１の層の表面は、前記第２の層に被覆されている部分と、前記第２の層に被覆されていない部分とを有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
6. 前記複数の流路は、軸方向に垂直な断面形状が四角形である流路を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
7. 前記複数の流路は、軸方向に垂直な断面形状が六角形である流路を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。

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