JP3503823B2 - 多孔質セラミックハニカム構造体 - Google Patents
多孔質セラミックハニカム構造体Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、デイーゼ
ルエンジンから排出される排気ガス中の微粒子を捕集す
る多孔質セラミックハニカム構造体に関する。 【０００２】 【従来技術】地域環境や地球環境の保全面から、自動車
などのエンジンから排出される排気ガスに含まれる有害
物質の削減が求められ、これに応えるため排気ガス浄化
用の触媒コンバータが用いられている。この触媒コンバ
ータのひとつにセラミックハニカム触媒コンバータがあ
る。また、最近はディーゼルエンジンからの排気ガス中
に含まれる微粒子を捕集するために、多孔質セラミック
ハニカム構造体（以下、「多孔質セラミックハニカム構
造体」を略して「ハニカム構造体」という）で、セルの
排気ガス流入側及び排気ガス流出側の両端面を交互に目
封じした排気ガス浄化フィルタが使用されてきている。 【０００３】図１はハニカム構造体１１の斜視図であ
り、図２は、図１のハニカム構造体１１の断面模式図で
ある。図１及び図２に示すように、通常、ハニカム構造
体１１は略円筒状で、外周壁１１ａと、この外周壁１１
ａの内周側でセル壁１１ｂにより囲まれた無数のセル１
１ｃを有し、セル１１ｃの流入側端面１１ｄ、流出側端
面１１ｅの両端面を交互に封止材１３ａ、１３ｂで目封
じされている。そしてハニカム構造体１１は、その外周
壁１１ａを把持部材（図示せず）で把持して収納容器
（図示せず）内に収納され排気ガス浄化フィルタとして
いる。また排気ガス浄化フィルタは、例えば自動車の排
気マニホルドの後などに配置されている。 【０００４】排気ガス浄化フィルタでの排気ガス浄化
は、以下の通り行われる。図２で、排気ガスは、ハニカ
ム構造体１１の流入側端面１１ｄで開口しているセル１
１ｃから流入（１０ａで示す）し、セル壁１１ｂに形成
された細孔（図示せず）を通過した後、流出側端面１１
ｅから排出（１０ｂで示す）される。そして、排気ガス
中に含まれる微粒子などは、セル壁１１ｂ内で連続する
細孔から隣接セルに通過する際に濾過され、捕集され
る。 【０００５】しかし、捕集される微粒子の量が多くなる
と細孔が微粒子によって詰まり、エンジンに用いた場合
に背圧が増加してエンジン出力を低下させる。このた
め、捕集された微粒子が一定量を超えたときに微粒子を
除去することで背圧増加を抑える必要がある。微粒子
は、固定炭素成分と有機溶剤に溶解可能で可燃性の可溶
性有機成分であるので、約６５０℃以上の温度に加熱す
れば燃焼する。そこで、電気ヒータ、バーナ、熱風など
の加熱手段を用いて微粒子を再燃焼させて、排気ガス浄
化フィルタを再生している。又、触媒を使用して低温で
連続的に微粒子を再生する方法もとられている。 【０００６】この排気ガス浄化フィルタの特性で重要な
ことは、一定以下の圧力損失で、エンジンの背圧増加を
抑えつつ捕集が継続できる時間、即ち捕集時間が長いこ
とである。捕集時間が短いと再生までのインターバルが
短くなり、必然的に排気ガス浄化フィルタの容積を大き
くしなければならなくなる。 【０００７】これに対して従来技術には、排気ガスの流
入側と流出側のセルの開口率やセルの流路方向の断面積
を調整して圧力損失を少なくしようとしたハニカムフィ
ルタの開示がある。即ち、特開平５−６８８２８号公報
には、排気ガス浄化装置のハニカムフィルタにおいて、
排気ガス流入側の開口率が６０〜７０％のとき流出側の
開口率を２０〜３０％、流入側に開口する各セルのセル
ピッチを２．５〜５．０ｍｍに設定することで、排気ガ
スがフィルタを通過する際の圧力損失を低く、またセル
中に排気ガスを容易に導入できるとしている。また、こ
の特開平５−６８８２８号公報には、排気ガス流入側に
開口する各セルは断面六角形状の中空部を有すると共
に、排気ガス流出側に開口する各セルは断面三角形状の
中空部とする記載がある。 【０００８】また別の特開平１０−５７７３０号公報に
は、外周壁と、この外周壁と一体にかつ外周壁内にハニ
カム状に形成された貫通孔隔壁と、貫通孔隔壁により仕
切られた複数の貫通孔と、貫通孔の一端部のみに形成さ
れた封止体と、を備えたセラミックハニカムフィルタで
あって、封止体はセラミックハニカムフィルタの両端面
において略市松模様状に形成されていると共に、貫通孔
の封止体形成部の断面積を、封止体非形成部の断面積よ
りも小さく、好ましくは封止体形成部の断面積を封止体
非形成部の断面積に対し２０％〜５０％にすることで、
排ガスの流入時及び流出時における圧力損失を低減でき
るとする記載がある。 【０００９】また、特開平７−１６３８２２号公報に
は、気孔率３０％以上のコージェライト粉末を骨材と
し、これにコージェライト化原料粉末、造孔剤、成形助
剤等を加えて、混練、成形、焼成を行って得た、フィル
タの平均細孔径が骨材の平均径×０．１５±５μｍ以
内、気孔率が３０％以上であるコージェライト質セラミ
ックフィルタによって、捕集効率が高く、圧力損失が小
さく、軽量且つコンパクトで自動車に搭載可能な強度を
有するフィルタが提供できるとする記載がある。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平５−６８８２８号公報に記載のハニカムフィルタ
は、排気ガス流入側と流出側の開口率を異ならせて所定
範囲としているが、排気ガス流入側と流出側で開口率を
制御することは難しく、構造も複雑となる。また、各セ
ルの断面を、排気ガスの流入側を六角形状、流出側を三
角形状とするのは、坏土からハニカムフィルタ素材を成
形する際の押出用金型の構造も複雑となる。 【００１１】また、特開平１０−５７７３０号公報に記
載のセラミックハニカムフィルタは、貫通孔の封止体形
成部の断面積と封止体非形成部の断面積を異ならせて所
定範囲としているが、貫通孔の断面積を異ならせ制御す
ることは難しく、構造も複雑となる。また、貫通孔の封
止体非形成部の断面積を拡張変更する工程が増加する。 【００１２】特開平７−１６３８２２号公報に記載のコ
ージェライト質セラミックフィルタは、気孔率３０％以
上のコージェライト骨材を使用していることから、その
細孔構造は径の大きなコージェライト化原料による細孔
と、径の小さな連鎖孔からなる。そのため、その強度特
性を確保するために、流路隔壁の厚さが３００〜２００
０μｍ必要なため、流入側と流出側の差圧が大きくな
り、圧力損失が大きくなるという問題がある。 【００１３】また近年、ハニカム構造体のセル壁や細孔
に白金族金属触媒などの触媒を担持することで、排気ガ
ス中の微粒子を捕集すると共に、排気ガス中に含まれる
窒素酸化物など有害物質を浄化することも行われてきて
いる。しかし、流路隔壁の厚さが３００〜２０００μｍ
ある場合は、ハニカム構造体の熱容量が大きくなるた
め、エンジン始動直後から触媒が活性化されるまでの時
間が長くなり、その間、有害物質が排出されてしまうと
いう問題もある。 【００１４】従って、本発明の課題は、構造が複雑でな
く、製造が容易で、且つ、排気ガスに含まれる微粒子を
高効率に捕集すると共に、圧力損失を低くできるハニカ
ム構造体を得ることにある。更に、触媒を担持しても、
排気ガスに含まれる微粒子を高効率に捕集すると共に圧
力損失を低くできるハニカム構造体を得ることにある。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み鋭意研究した。その結果、セル壁で囲まれる断面
を四角形状とし、セル壁厚、セルピッチ、セル壁で囲ま
れる断面積又はセル壁間の内寸、単位体積あたりのフィ
ルタ表面積、又は更にセル壁の気孔率を適切に選択すれ
ば、構造が複雑でなく、製造が容易で、且つ、排気ガス
に含まれる微粒子を高効率に捕集すると共に圧力損失を
低くできるハニカム構造体が得られ、更に触媒を担持し
ても、排気ガスに含まれる微粒子を高効率に捕集すると
共に、圧力損失を低くできるハニカム構造体が得られる
との知見を得、本発明に想到した。 【００１６】 即ち、本発明のハニカム構造体は、外周
壁と、この外周壁の内周側でセル壁により囲まれたセル
を有し、セルの排気ガス流入側及び排気ガス流出側の両
端面を交互に目封じして、排気ガスをセル壁の細孔を通
過させて隣接セルに流し、排気ガスに含まれる微粒子を
セル壁で捕集するコーディエライト質の多孔質セラミッ
クハニカム構造体の、セル壁で囲まれる断面が四角形状
を有し、セル壁の気孔率が５０〜７０％、セル壁厚が
０．１〜０．３ｍｍ、セルピッチが１．４〜３ｍｍ、セ
ル壁で囲まれる断面積を１．３ｍｍ2以上又はセル壁間
の内寸を１．１５ｍｍ以上、単位体積あたりのフィルタ
表面積を１０ｃｍ2／ｃｍ3以上とし、前記多孔質セラミ
ックハニカム構造体のセル壁と細孔内に白金族金属触媒
を担持したことを特徴とする。 【００１７】 次に、本発明での構成の理由を説明す
る。 【００１８】（セル壁で囲まれる断面の形状） セル壁で囲まれる断面を四角形状とすれば、構造が複雑
でなく、製造が容易なハニカム構造体となる。また坏土
からハニカム構造の成形体とする際の押出用金型も、構
造が複雑でないため製作が容易である。なお、四角形状
は一辺の長さが２０％近く異なる略四角形状も含むもの
とする。 【００１９】（セル壁厚）セル壁厚が０．１ｍｍ未満で
は、坏土からハニカム構造の成形体とするのに用いる押
出用金型の坏土排出通路が細すぎて坏土が排出されにく
く生産性が低下する。一方、セル壁厚が０．３ｍｍを超
えると、流入側と流出側の差圧が大きくなり、圧力損失
が大きくなる。従って、セル壁厚を０．１〜０．３ｍｍ
とする。 【００２０】（セルピッチ）セルピッチが１．４ｍｍ未
満では、排気ガスがセル１１ｃの流入側１１ｄに入る際
の抵抗が大きくなる。一方、セルピッチが３ｍｍを超え
ると、単位断面積当たりのセル数が減ることから単位体
積当たりのフィルタ表面積が小さくなるため、圧力損失
が大きくなるためである。従って、セルピッチを１．４
〜３ｍｍとする。 【００２１】（セル壁で囲まれる断面積又はセル壁間の
内寸）セル壁で囲まれる断面積が１．３ｍｍ2 未満又は
セル壁間の内寸が１．１５ｍｍ未満であると、フィルタ
表面積との関係で排気ガスがセル１１ｃの流入側１１ｄ
に入る際の抵抗が大きくなる。なお、セル壁で囲まれる
断面積は、一つのセルの流路方向の断面積を示す。 【００２２】（単位体積あたりのフィルタ表面積）フィ
ルタ表面積とは、排気ガスが通過するセルの幾何学的表
面積をいい、 単位体積あたりのフィルタ表面積＝セル壁間の内寸×４
÷（セルピッチ）２×１／２ で表される。ハニカム構造体において単位体積あたりの
フィルタ表面積が７ｃｍ 2／ｃｍ3未満であると、セル壁
で囲まれる断面積又はセル壁の内寸との関係で排気ガス
が通過時の圧力損失が大きくなる。従って、単位体積あ
たりのフィルタ表面積を７ｃｍ2／ｃｍ3以上、好ましく
は、単位体積あたりのフィルタ表面積を１０ｃｍ2／ｃ
ｍ3以上とする。 【００２３】（気孔率）セル壁の気孔率が５０％未満で
あると、セル壁で囲まれる断面積又はセル壁の内寸、単
位体積あたりのフィルタ表面積との関係で排気ガスが通
過時の圧力損失が大きくなる。また、セル壁や細孔に白
金族金属触媒など触媒を担持する場合には触媒の担持が
難しくなる。一方、気孔率が７０％を超えると、強度が
低下するのと微粒子の捕集効率が低下する。従って、気
孔率は５０〜７０％とする。なお気孔率は、水銀圧入式
ポロシメータを用いて測定する。 【００２４】 【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を詳細に
説明する。 【００２５】図１及び図２に示すハニカム構造体１１を
以下のようにして作製した。 （基本原料粉末の調整）カオリン、タルク、シリカ、水
酸化アルミ、アルミナなどの粉末を計量して、化学組成
が質量比で、ＳｉＯ2 ：４７〜５３％、Ａｌ2Ｏ3：３２
〜３８％、ＭｇＯ：１２〜１６％となるコーディエライ
ト質セラミックス原料粉末を調整した。該セラミックス
原料粉末は他に不可避的に混入する成分例えば、Ｃａ
Ｏ、Ｎａ2Ｏ 、Ｋ2Ｏ、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｐ
2Ｏ5を全体として２．５質量％以下含んでいる。 【００２６】（成形助剤及び造孔剤の添加と、坏土の精
製）次に、このコーディエライト質セラミックの原料粉
末に対し、成形助剤としてメチルセルロースとヒドロキ
シプロピルメチルセルロース、造孔剤として、グラファ
イト、小麦粉、でん粉などを適宜選定して添加し、乾式
で十分混合した。次いで、規定量の水を注入して更に十
分な混合を行い、押出成形可能な坏土を作製した。 【００２７】（押出成形）次に、一般的な構造の押出成
形用金型を用い押出成形した。図３で、（ａ）はハニカ
ム構造を有する成形体の部分図、（ｂ）は押出成形用金
型の要部断面図である。なお、図３（ａ）で括弧した符
号は焼成後のハニカム構造体１１の部位を示す。図３
で、押出成形用金型２０は、多数の供給通路２１ａとこ
の供給通路２１ａから坏土を集合すると共に格子状に形
成する排出通路２１ｂを持つダイ２１と、ハニカム構造
体１１の外周壁１１aを所定形状に形成するために、坏
土流入量の調整をするマスキングプレート２２、坏土の
排出量の調節をすると共にハニカム構造体１１の外周壁
１１ａの調節を行う押さえ枠２３などからなる。なお、
押出成形用金型２０は、下から上が押出方向（矢印で示
す）であり、坏土を供給通路２１ａから排出通路２１ｂ
に押し出している。そして、押出成形用金型２０で、セ
ル壁で囲まれる断面が四角形状を有し、セル壁厚１１
ｔ、セルピッチ１１ｉ、セル壁で囲まれる断面積１１ｇ
及びセル壁間の内寸１１ｈ、単位体積あたりのフィルタ
表面積を変えた、ハニカム構造を有する成形体を作製し
た。 【００２８】（焼成）次に、このハニカム構造を有する
成形体を、バッチ式焼成炉を用いて焼成を行った。焼成
後、外周壁１１ａの外径が１５０ｍｍ、長さが１５０ｍ
ｍ、セル壁１１ｂの気孔率が６０％で、セル壁１１ｂで
囲まれる断面が四角形状を有し、表１に示すように、セ
ル壁厚１１ｔ、セルピッチ１１ｉ、セル壁で囲まれる断
面積１１ｇ又はセル壁間の内寸１１ｉ、単位体積あたり
のフィルタ表面積を変えたハニカム構造体１１を得た。 【００２９】（目封じ）次に、ハニカム構造を有する焼
成体の流入側端面１１ｄのセル１１ｃを一個おきに封止
材１３ａで目封じし、排気ガス流出側端面１１ｅでは流
入側端面１１ｄで目封じしてないセル１１ｃについての
み封止材１３ｂで目封じした。なお、封止材１３ａ、１
３ｂはコーディエライト質セラミックを用いた。 【００３０】次に、圧力損失試験装置（図示せず）で、
各ハニカム構造体１１に流量７．５Ｎｍ3 ／ｍｉｎとし
て空気を流入し、流入側１１ｄと流出側１１ｅの差圧
（ｍｍＡｑ）を測定し、各ハニカム構造体１１の圧力損
失を評価した。なお、圧力損失の評価は、差圧が２５０
ｍｍＡｑ未満を優（◎）、２５０〜３５０ｍｍＡｑを良
（○）、３５０ｍｍＡｑを超えるものをＮＧ（×）とし
て行った。その結果を表１に纏めて示す。 【００３１】 【表１】 【００３２】表１から、参考例１〜４は、セル壁厚１１
ｃが０．１〜０．３ｍｍ、またセルピッチ１１ｉが１．
４〜３ｍｍ、セル壁で囲まれる断面積１１ｇが１．３ｍ
ｍ2以上又はセル壁間の内寸１１ｈが１．１５ｍｍ以
上、単位体積あたりのフィルタ表面積が７ｃｍ2／ｃ
ｍ3、好ましくは１０ｃｍ2／ｃｍ3以上であるので、差
圧が小さくて圧力損失の少ないハニカム構造体１１とな
っていることがわかる。 【００３３】一方、比較例１は、セル壁で囲まれる断面
積１１ｇが１．３ｍｍ2 以上又はセル壁間の内寸１１ｉ
が１．１５ｍｍ以上であるが、セル壁厚が０．３ｍｍを
越えているため、単位体積あたりのフィルタ表面積が７
ｃｍ2／ｃｍ3未満であり、差圧が大きく、圧力損失が大
きいことがわかる。比較例２、４は、単位体積あたりの
フィルタ表面積が７ｃｍ2／ｃｍ3以上ではあるが、セル
壁で囲まれる断面積１１ｇが１．３ｍｍ2 未満又はセル
壁間の内寸１１ｈが１．１５ｍｍ未満であり、またセル
ピッチ１１ｉが１．４未満であり、差圧が大きく、圧力
損失が大きいことがわかる。比較例３は、セル壁で囲ま
れる断面積１１ｇが１．３ｍｍ2 以上又はセル壁間の内
寸１１ｉが１．１５ｍｍ以上であるが、単位体積あたり
のフィルタ表面積が７ｃｍ2／ｃｍ3未満であり、差圧が
大きく、圧力損失が大きいことがわかる。比較例５は、
セル壁で囲まれる断面積１１ｇが１．３ｍｍ2 以上又は
セル壁間の内寸１１ｉが１．１５ｍｍ以上であるが、セ
ルピッチが３ｍｍを超え、単位体積あたりのフィルタ表
面積が７ｃｍ2／ｃｍ3未満であるので、差圧が大きく、
圧力損失が大きいことがわかる。 【００３４】（触媒担持）参考例 １〜４のハニカム構造体１１は、必要に応じて、
セル壁１１ｂ及び細孔内に触媒を担持する。ハニカム構
造体１１に白金族金属触媒を担持した場合には、捕集し
たカーボンが排気ガス成分中のＮＯｘの触媒反応によっ
て形成されるＮＯ2との化学反応により連続的に低温で
燃焼されることから、燃焼温度は電気ヒーターやバーナ
などで燃焼させる場合に比べ低下させることでハニカム
構造体を溶損させることなく、連続的に再生することが
出来る。 【００３５】 【発明の効果】以上詳細に説明のとおり、本発明のハニ
カム構造体によれば、構造が複雑でなく、製造が容易と
なり、且つ、排気ガスに含まれる微粒子を高効率に捕集
すると共に圧力損失を低くできる。
ルエンジンから排出される排気ガス中の微粒子を捕集す
る多孔質セラミックハニカム構造体に関する。 【０００２】 【従来技術】地域環境や地球環境の保全面から、自動車
などのエンジンから排出される排気ガスに含まれる有害
物質の削減が求められ、これに応えるため排気ガス浄化
用の触媒コンバータが用いられている。この触媒コンバ
ータのひとつにセラミックハニカム触媒コンバータがあ
る。また、最近はディーゼルエンジンからの排気ガス中
に含まれる微粒子を捕集するために、多孔質セラミック
ハニカム構造体（以下、「多孔質セラミックハニカム構
造体」を略して「ハニカム構造体」という）で、セルの
排気ガス流入側及び排気ガス流出側の両端面を交互に目
封じした排気ガス浄化フィルタが使用されてきている。 【０００３】図１はハニカム構造体１１の斜視図であ
り、図２は、図１のハニカム構造体１１の断面模式図で
ある。図１及び図２に示すように、通常、ハニカム構造
体１１は略円筒状で、外周壁１１ａと、この外周壁１１
ａの内周側でセル壁１１ｂにより囲まれた無数のセル１
１ｃを有し、セル１１ｃの流入側端面１１ｄ、流出側端
面１１ｅの両端面を交互に封止材１３ａ、１３ｂで目封
じされている。そしてハニカム構造体１１は、その外周
壁１１ａを把持部材（図示せず）で把持して収納容器
（図示せず）内に収納され排気ガス浄化フィルタとして
いる。また排気ガス浄化フィルタは、例えば自動車の排
気マニホルドの後などに配置されている。 【０００４】排気ガス浄化フィルタでの排気ガス浄化
は、以下の通り行われる。図２で、排気ガスは、ハニカ
ム構造体１１の流入側端面１１ｄで開口しているセル１
１ｃから流入（１０ａで示す）し、セル壁１１ｂに形成
された細孔（図示せず）を通過した後、流出側端面１１
ｅから排出（１０ｂで示す）される。そして、排気ガス
中に含まれる微粒子などは、セル壁１１ｂ内で連続する
細孔から隣接セルに通過する際に濾過され、捕集され
る。 【０００５】しかし、捕集される微粒子の量が多くなる
と細孔が微粒子によって詰まり、エンジンに用いた場合
に背圧が増加してエンジン出力を低下させる。このた
め、捕集された微粒子が一定量を超えたときに微粒子を
除去することで背圧増加を抑える必要がある。微粒子
は、固定炭素成分と有機溶剤に溶解可能で可燃性の可溶
性有機成分であるので、約６５０℃以上の温度に加熱す
れば燃焼する。そこで、電気ヒータ、バーナ、熱風など
の加熱手段を用いて微粒子を再燃焼させて、排気ガス浄
化フィルタを再生している。又、触媒を使用して低温で
連続的に微粒子を再生する方法もとられている。 【０００６】この排気ガス浄化フィルタの特性で重要な
ことは、一定以下の圧力損失で、エンジンの背圧増加を
抑えつつ捕集が継続できる時間、即ち捕集時間が長いこ
とである。捕集時間が短いと再生までのインターバルが
短くなり、必然的に排気ガス浄化フィルタの容積を大き
くしなければならなくなる。 【０００７】これに対して従来技術には、排気ガスの流
入側と流出側のセルの開口率やセルの流路方向の断面積
を調整して圧力損失を少なくしようとしたハニカムフィ
ルタの開示がある。即ち、特開平５−６８８２８号公報
には、排気ガス浄化装置のハニカムフィルタにおいて、
排気ガス流入側の開口率が６０〜７０％のとき流出側の
開口率を２０〜３０％、流入側に開口する各セルのセル
ピッチを２．５〜５．０ｍｍに設定することで、排気ガ
スがフィルタを通過する際の圧力損失を低く、またセル
中に排気ガスを容易に導入できるとしている。また、こ
の特開平５−６８８２８号公報には、排気ガス流入側に
開口する各セルは断面六角形状の中空部を有すると共
に、排気ガス流出側に開口する各セルは断面三角形状の
中空部とする記載がある。 【０００８】また別の特開平１０−５７７３０号公報に
は、外周壁と、この外周壁と一体にかつ外周壁内にハニ
カム状に形成された貫通孔隔壁と、貫通孔隔壁により仕
切られた複数の貫通孔と、貫通孔の一端部のみに形成さ
れた封止体と、を備えたセラミックハニカムフィルタで
あって、封止体はセラミックハニカムフィルタの両端面
において略市松模様状に形成されていると共に、貫通孔
の封止体形成部の断面積を、封止体非形成部の断面積よ
りも小さく、好ましくは封止体形成部の断面積を封止体
非形成部の断面積に対し２０％〜５０％にすることで、
排ガスの流入時及び流出時における圧力損失を低減でき
るとする記載がある。 【０００９】また、特開平７−１６３８２２号公報に
は、気孔率３０％以上のコージェライト粉末を骨材と
し、これにコージェライト化原料粉末、造孔剤、成形助
剤等を加えて、混練、成形、焼成を行って得た、フィル
タの平均細孔径が骨材の平均径×０．１５±５μｍ以
内、気孔率が３０％以上であるコージェライト質セラミ
ックフィルタによって、捕集効率が高く、圧力損失が小
さく、軽量且つコンパクトで自動車に搭載可能な強度を
有するフィルタが提供できるとする記載がある。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平５−６８８２８号公報に記載のハニカムフィルタ
は、排気ガス流入側と流出側の開口率を異ならせて所定
範囲としているが、排気ガス流入側と流出側で開口率を
制御することは難しく、構造も複雑となる。また、各セ
ルの断面を、排気ガスの流入側を六角形状、流出側を三
角形状とするのは、坏土からハニカムフィルタ素材を成
形する際の押出用金型の構造も複雑となる。 【００１１】また、特開平１０−５７７３０号公報に記
載のセラミックハニカムフィルタは、貫通孔の封止体形
成部の断面積と封止体非形成部の断面積を異ならせて所
定範囲としているが、貫通孔の断面積を異ならせ制御す
ることは難しく、構造も複雑となる。また、貫通孔の封
止体非形成部の断面積を拡張変更する工程が増加する。 【００１２】特開平７−１６３８２２号公報に記載のコ
ージェライト質セラミックフィルタは、気孔率３０％以
上のコージェライト骨材を使用していることから、その
細孔構造は径の大きなコージェライト化原料による細孔
と、径の小さな連鎖孔からなる。そのため、その強度特
性を確保するために、流路隔壁の厚さが３００〜２００
０μｍ必要なため、流入側と流出側の差圧が大きくな
り、圧力損失が大きくなるという問題がある。 【００１３】また近年、ハニカム構造体のセル壁や細孔
に白金族金属触媒などの触媒を担持することで、排気ガ
ス中の微粒子を捕集すると共に、排気ガス中に含まれる
窒素酸化物など有害物質を浄化することも行われてきて
いる。しかし、流路隔壁の厚さが３００〜２０００μｍ
ある場合は、ハニカム構造体の熱容量が大きくなるた
め、エンジン始動直後から触媒が活性化されるまでの時
間が長くなり、その間、有害物質が排出されてしまうと
いう問題もある。 【００１４】従って、本発明の課題は、構造が複雑でな
く、製造が容易で、且つ、排気ガスに含まれる微粒子を
高効率に捕集すると共に、圧力損失を低くできるハニカ
ム構造体を得ることにある。更に、触媒を担持しても、
排気ガスに含まれる微粒子を高効率に捕集すると共に圧
力損失を低くできるハニカム構造体を得ることにある。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み鋭意研究した。その結果、セル壁で囲まれる断面
を四角形状とし、セル壁厚、セルピッチ、セル壁で囲ま
れる断面積又はセル壁間の内寸、単位体積あたりのフィ
ルタ表面積、又は更にセル壁の気孔率を適切に選択すれ
ば、構造が複雑でなく、製造が容易で、且つ、排気ガス
に含まれる微粒子を高効率に捕集すると共に圧力損失を
低くできるハニカム構造体が得られ、更に触媒を担持し
ても、排気ガスに含まれる微粒子を高効率に捕集すると
共に、圧力損失を低くできるハニカム構造体が得られる
との知見を得、本発明に想到した。 【００１６】 即ち、本発明のハニカム構造体は、外周
壁と、この外周壁の内周側でセル壁により囲まれたセル
を有し、セルの排気ガス流入側及び排気ガス流出側の両
端面を交互に目封じして、排気ガスをセル壁の細孔を通
過させて隣接セルに流し、排気ガスに含まれる微粒子を
セル壁で捕集するコーディエライト質の多孔質セラミッ
クハニカム構造体の、セル壁で囲まれる断面が四角形状
を有し、セル壁の気孔率が５０〜７０％、セル壁厚が
０．１〜０．３ｍｍ、セルピッチが１．４〜３ｍｍ、セ
ル壁で囲まれる断面積を１．３ｍｍ2以上又はセル壁間
の内寸を１．１５ｍｍ以上、単位体積あたりのフィルタ
表面積を１０ｃｍ2／ｃｍ3以上とし、前記多孔質セラミ
ックハニカム構造体のセル壁と細孔内に白金族金属触媒
を担持したことを特徴とする。 【００１７】 次に、本発明での構成の理由を説明す
る。 【００１８】（セル壁で囲まれる断面の形状） セル壁で囲まれる断面を四角形状とすれば、構造が複雑
でなく、製造が容易なハニカム構造体となる。また坏土
からハニカム構造の成形体とする際の押出用金型も、構
造が複雑でないため製作が容易である。なお、四角形状
は一辺の長さが２０％近く異なる略四角形状も含むもの
とする。 【００１９】（セル壁厚）セル壁厚が０．１ｍｍ未満で
は、坏土からハニカム構造の成形体とするのに用いる押
出用金型の坏土排出通路が細すぎて坏土が排出されにく
く生産性が低下する。一方、セル壁厚が０．３ｍｍを超
えると、流入側と流出側の差圧が大きくなり、圧力損失
が大きくなる。従って、セル壁厚を０．１〜０．３ｍｍ
とする。 【００２０】（セルピッチ）セルピッチが１．４ｍｍ未
満では、排気ガスがセル１１ｃの流入側１１ｄに入る際
の抵抗が大きくなる。一方、セルピッチが３ｍｍを超え
ると、単位断面積当たりのセル数が減ることから単位体
積当たりのフィルタ表面積が小さくなるため、圧力損失
が大きくなるためである。従って、セルピッチを１．４
〜３ｍｍとする。 【００２１】（セル壁で囲まれる断面積又はセル壁間の
内寸）セル壁で囲まれる断面積が１．３ｍｍ2 未満又は
セル壁間の内寸が１．１５ｍｍ未満であると、フィルタ
表面積との関係で排気ガスがセル１１ｃの流入側１１ｄ
に入る際の抵抗が大きくなる。なお、セル壁で囲まれる
断面積は、一つのセルの流路方向の断面積を示す。 【００２２】（単位体積あたりのフィルタ表面積）フィ
ルタ表面積とは、排気ガスが通過するセルの幾何学的表
面積をいい、 単位体積あたりのフィルタ表面積＝セル壁間の内寸×４
÷（セルピッチ）２×１／２ で表される。ハニカム構造体において単位体積あたりの
フィルタ表面積が７ｃｍ 2／ｃｍ3未満であると、セル壁
で囲まれる断面積又はセル壁の内寸との関係で排気ガス
が通過時の圧力損失が大きくなる。従って、単位体積あ
たりのフィルタ表面積を７ｃｍ2／ｃｍ3以上、好ましく
は、単位体積あたりのフィルタ表面積を１０ｃｍ2／ｃ
ｍ3以上とする。 【００２３】（気孔率）セル壁の気孔率が５０％未満で
あると、セル壁で囲まれる断面積又はセル壁の内寸、単
位体積あたりのフィルタ表面積との関係で排気ガスが通
過時の圧力損失が大きくなる。また、セル壁や細孔に白
金族金属触媒など触媒を担持する場合には触媒の担持が
難しくなる。一方、気孔率が７０％を超えると、強度が
低下するのと微粒子の捕集効率が低下する。従って、気
孔率は５０〜７０％とする。なお気孔率は、水銀圧入式
ポロシメータを用いて測定する。 【００２４】 【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を詳細に
説明する。 【００２５】図１及び図２に示すハニカム構造体１１を
以下のようにして作製した。 （基本原料粉末の調整）カオリン、タルク、シリカ、水
酸化アルミ、アルミナなどの粉末を計量して、化学組成
が質量比で、ＳｉＯ2 ：４７〜５３％、Ａｌ2Ｏ3：３２
〜３８％、ＭｇＯ：１２〜１６％となるコーディエライ
ト質セラミックス原料粉末を調整した。該セラミックス
原料粉末は他に不可避的に混入する成分例えば、Ｃａ
Ｏ、Ｎａ2Ｏ 、Ｋ2Ｏ、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｐ
2Ｏ5を全体として２．５質量％以下含んでいる。 【００２６】（成形助剤及び造孔剤の添加と、坏土の精
製）次に、このコーディエライト質セラミックの原料粉
末に対し、成形助剤としてメチルセルロースとヒドロキ
シプロピルメチルセルロース、造孔剤として、グラファ
イト、小麦粉、でん粉などを適宜選定して添加し、乾式
で十分混合した。次いで、規定量の水を注入して更に十
分な混合を行い、押出成形可能な坏土を作製した。 【００２７】（押出成形）次に、一般的な構造の押出成
形用金型を用い押出成形した。図３で、（ａ）はハニカ
ム構造を有する成形体の部分図、（ｂ）は押出成形用金
型の要部断面図である。なお、図３（ａ）で括弧した符
号は焼成後のハニカム構造体１１の部位を示す。図３
で、押出成形用金型２０は、多数の供給通路２１ａとこ
の供給通路２１ａから坏土を集合すると共に格子状に形
成する排出通路２１ｂを持つダイ２１と、ハニカム構造
体１１の外周壁１１aを所定形状に形成するために、坏
土流入量の調整をするマスキングプレート２２、坏土の
排出量の調節をすると共にハニカム構造体１１の外周壁
１１ａの調節を行う押さえ枠２３などからなる。なお、
押出成形用金型２０は、下から上が押出方向（矢印で示
す）であり、坏土を供給通路２１ａから排出通路２１ｂ
に押し出している。そして、押出成形用金型２０で、セ
ル壁で囲まれる断面が四角形状を有し、セル壁厚１１
ｔ、セルピッチ１１ｉ、セル壁で囲まれる断面積１１ｇ
及びセル壁間の内寸１１ｈ、単位体積あたりのフィルタ
表面積を変えた、ハニカム構造を有する成形体を作製し
た。 【００２８】（焼成）次に、このハニカム構造を有する
成形体を、バッチ式焼成炉を用いて焼成を行った。焼成
後、外周壁１１ａの外径が１５０ｍｍ、長さが１５０ｍ
ｍ、セル壁１１ｂの気孔率が６０％で、セル壁１１ｂで
囲まれる断面が四角形状を有し、表１に示すように、セ
ル壁厚１１ｔ、セルピッチ１１ｉ、セル壁で囲まれる断
面積１１ｇ又はセル壁間の内寸１１ｉ、単位体積あたり
のフィルタ表面積を変えたハニカム構造体１１を得た。 【００２９】（目封じ）次に、ハニカム構造を有する焼
成体の流入側端面１１ｄのセル１１ｃを一個おきに封止
材１３ａで目封じし、排気ガス流出側端面１１ｅでは流
入側端面１１ｄで目封じしてないセル１１ｃについての
み封止材１３ｂで目封じした。なお、封止材１３ａ、１
３ｂはコーディエライト質セラミックを用いた。 【００３０】次に、圧力損失試験装置（図示せず）で、
各ハニカム構造体１１に流量７．５Ｎｍ3 ／ｍｉｎとし
て空気を流入し、流入側１１ｄと流出側１１ｅの差圧
（ｍｍＡｑ）を測定し、各ハニカム構造体１１の圧力損
失を評価した。なお、圧力損失の評価は、差圧が２５０
ｍｍＡｑ未満を優（◎）、２５０〜３５０ｍｍＡｑを良
（○）、３５０ｍｍＡｑを超えるものをＮＧ（×）とし
て行った。その結果を表１に纏めて示す。 【００３１】 【表１】 【００３２】表１から、参考例１〜４は、セル壁厚１１
ｃが０．１〜０．３ｍｍ、またセルピッチ１１ｉが１．
４〜３ｍｍ、セル壁で囲まれる断面積１１ｇが１．３ｍ
ｍ2以上又はセル壁間の内寸１１ｈが１．１５ｍｍ以
上、単位体積あたりのフィルタ表面積が７ｃｍ2／ｃ
ｍ3、好ましくは１０ｃｍ2／ｃｍ3以上であるので、差
圧が小さくて圧力損失の少ないハニカム構造体１１とな
っていることがわかる。 【００３３】一方、比較例１は、セル壁で囲まれる断面
積１１ｇが１．３ｍｍ2 以上又はセル壁間の内寸１１ｉ
が１．１５ｍｍ以上であるが、セル壁厚が０．３ｍｍを
越えているため、単位体積あたりのフィルタ表面積が７
ｃｍ2／ｃｍ3未満であり、差圧が大きく、圧力損失が大
きいことがわかる。比較例２、４は、単位体積あたりの
フィルタ表面積が７ｃｍ2／ｃｍ3以上ではあるが、セル
壁で囲まれる断面積１１ｇが１．３ｍｍ2 未満又はセル
壁間の内寸１１ｈが１．１５ｍｍ未満であり、またセル
ピッチ１１ｉが１．４未満であり、差圧が大きく、圧力
損失が大きいことがわかる。比較例３は、セル壁で囲ま
れる断面積１１ｇが１．３ｍｍ2 以上又はセル壁間の内
寸１１ｉが１．１５ｍｍ以上であるが、単位体積あたり
のフィルタ表面積が７ｃｍ2／ｃｍ3未満であり、差圧が
大きく、圧力損失が大きいことがわかる。比較例５は、
セル壁で囲まれる断面積１１ｇが１．３ｍｍ2 以上又は
セル壁間の内寸１１ｉが１．１５ｍｍ以上であるが、セ
ルピッチが３ｍｍを超え、単位体積あたりのフィルタ表
面積が７ｃｍ2／ｃｍ3未満であるので、差圧が大きく、
圧力損失が大きいことがわかる。 【００３４】（触媒担持）参考例 １〜４のハニカム構造体１１は、必要に応じて、
セル壁１１ｂ及び細孔内に触媒を担持する。ハニカム構
造体１１に白金族金属触媒を担持した場合には、捕集し
たカーボンが排気ガス成分中のＮＯｘの触媒反応によっ
て形成されるＮＯ2との化学反応により連続的に低温で
燃焼されることから、燃焼温度は電気ヒーターやバーナ
などで燃焼させる場合に比べ低下させることでハニカム
構造体を溶損させることなく、連続的に再生することが
出来る。 【００３５】 【発明の効果】以上詳細に説明のとおり、本発明のハニ
カム構造体によれば、構造が複雑でなく、製造が容易と
なり、且つ、排気ガスに含まれる微粒子を高効率に捕集
すると共に圧力損失を低くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハニカム構造体の斜視図である。
【図２】図１のハニカム構造体を用いた排気ガス浄化フ
ィルタ１０の一例の断面模式図である。 【図３】（ａ）はハニカム構造を有する成形体の部分
部、（ｂ）は押出成形用金型の要部断面図である。 【符号の説明】 １０ａ：流入 １０ｂ：流出 １１：ハニカム構造体 １１ａ：外周壁 １１ｂ：セル壁 １１ｃ：セル １１ｄ：流入側端面 １１ｅ：流出側端面 １１ｆ：流入側端面 １１ｇ：セル壁で囲まれる断面積 １１ｈ：セル壁間の内寸 １１ｉ：セルピッチ １１ｔ：セル壁厚 １３ａ，１３ｂ：封止材 ２０：押出成形用金型 ２１：ダイ ２１ａ：供給通路 ２１ｂ：排出通路 ２２：マスキングプレート ２３：押さえ枠
ィルタ１０の一例の断面模式図である。 【図３】（ａ）はハニカム構造を有する成形体の部分
部、（ｂ）は押出成形用金型の要部断面図である。 【符号の説明】 １０ａ：流入 １０ｂ：流出 １１：ハニカム構造体 １１ａ：外周壁 １１ｂ：セル壁 １１ｃ：セル １１ｄ：流入側端面 １１ｅ：流出側端面 １１ｆ：流入側端面 １１ｇ：セル壁で囲まれる断面積 １１ｈ：セル壁間の内寸 １１ｉ：セルピッチ １１ｔ：セル壁厚 １３ａ，１３ｂ：封止材 ２０：押出成形用金型 ２１：ダイ ２１ａ：供給通路 ２１ｂ：排出通路 ２２：マスキングプレート ２３：押さえ枠
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ０４Ｂ 38/06 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ａ
Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ 3/24 Ｅ
３２１ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＣ
3/24 １０４Ａ
(56)参考文献 特開2001−162119（ＪＰ，Ａ)
特開2001−96117（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−29024（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−142209（ＪＰ，Ａ)
特開2001−269585（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−9925（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B01D 39/00
B01D 49/00
B01D 53/86 - 53/95
F01N 3/00
C04B 38/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 外周壁と、この外周壁の内周側でセル壁
により囲まれたセルを有し、セルの排気ガス流入側及び
排気ガス流出側の両端面を交互に目封じして、排気ガス
をセル壁の細孔を通過させて隣接セルに流し、排気ガス
に含まれる微粒子をセル壁で捕集するコーディエライト
質の多孔質セラミックハニカム構造体のセル壁で囲まれ
る断面が四角形状を有し、セル壁の気孔率が５０〜７０
％、セル壁厚が０．１〜０．３ｍｍ、セルピッチが１．
４〜３ｍｍ、セル壁で囲まれる断面積を１．３ｍｍ2以
上又はセル壁間の内寸を１．１５ｍｍ以上、単位体積あ
たりのフィルタ表面積を１０ｃｍ2／ｃｍ3以上とし、前
記多孔質セラミックハニカム構造体のセル壁と細孔内に
白金族金属触媒を担持したことを特徴とする多孔質セラ
ミックハニカム構造体。
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