JP4368557B2

JP4368557B2 - Ceramic filter assembly

Info

Publication number: JP4368557B2
Application number: JP2002076944A
Authority: JP
Inventors: 篤史工藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003275522A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の柱状ハニカムフィルタをセラミック質シール材層を介して接着した部材を含んで構成される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、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金属製ケーシングを設け、その中にセラミックフィルタ集合体を配置した構造の排気ガス浄化装置が提案されている。セラミックフィルタ集合体とは、セラミック多孔質体からなる複数の角柱状ハニカム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・一体化してなるものをいう。ここで従来における集合体の製造方法を簡単に述べる。
【０００４】
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、その切断片を脱脂、焼成してハニカムフィルタとする。焼成工程の後、ハニカムフィルタの外周面にセラミック質シール材を均一に塗布し結束一体化する。そして、このようなフィルタ構造物の外周部分を研削加工することにより、断面円形状または断面楕円形状のセラミックフィルタ集合体が得られる。そして、上記集合体の外周面に断熱材を巻き付け、集合体を排気管の途上に設けられたケーシング内に収容することにより、最終的に排気ガス浄化装置が完成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術のセラミックフィルタ集合体の場合、集合体外周部からケーシング側に熱が逃げやすく、それゆえ集合体中心部に比べて集合体外周部のほうが低温になる傾向にある。よって、集合体内に温度差に起因する応力が発生し、ひいては熱衝撃により集合体が破損しやすくなる。また、温度が十分に上がりにくい集合体外周部においてはススの燃え残りが生じ、再生効率が悪くなるおそれがある。
【０００６】
さらに、炭化珪素（ＳｉＣ）に代表される非酸化物系セラミック材料をフィルタ用材料として用いた場合、集合体全体の外形を整えるために、硬質なハニカムフィルタの一部を切削加工により除去する必要がある。それゆえ、製造が面倒であることに加え、コスト高になりやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、強度及び再生効率に優れたセラミックフィルタ集合体を提供することにある。
本発明の第２の目的は、さらに、製造が容易であってかつ比較的安価なセラミックフィルタ集合体を提供することにある。
【０００８】
【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、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体からなる複数の柱状ハニカム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結束することにより、前記各ハニカムフィルタを角柱状に一体化してなるフィルタコア部材と、前記フィルタコア部材を構成するセラミック多孔質体よりも熱伝導率の低いセラミック材料からなり、前記フィルタコア部材の辺部外側に配置された状態で同フィルタコア部材の外周面にセラミック質シール材層を介して結束された第１の低熱伝導部材と、前記第１の低熱伝導部材を構成するセラミック材料よりもさらに熱伝導率の低いセラミック材料からなり、前記フィルタコア部材の角部外側に配置されるとともに、隣接する前記第１の低熱伝導部材の外周面にセラミック質シール材層を介して結束された第２の低熱伝導部材とを備えるセラミックフィルタ集合体をその要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１において、前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材はセラミック多孔質体であるとした。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材は、軸線方向に沿って延びる多数のセルの端部が交互に封止されたハニカム構造体であるとした。
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１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材は、前記フィルタコア部材を構成するセラミック多孔質体よりも硬度の低いセラミック材料からなるとした。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材は、多孔質コーディエライト製であるとした。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項において、前記セラミックフィルタ集合体は、断面円形状または断面楕円形状であるとした。
【００１３】
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、低熱伝導部材を配置したことにより、集合体外周部における断熱効果が高くなり、集合体外周面からケーシング側に熱が逃げにくくなる。その結果、集合体外周部の温度が上がりやすくなり、集合体中心部との温度差が小さくなる。よって、大きな応力が発生しにくくなり、熱衝撃による集合体の破損が防止される。また、ススの燃え残りが生じにくくなり、再生効率も向上する。また、ススの燃え残りによるフィルタの限界を超えた異常な燃焼を抑えることができる。
【００１４】
尚、フィルタコア部材の角部外側箇所のほうがフィルタコア部材の辺部外側箇所に比べて通常中央部から遠くなるため、温度が上がりにくく、ケーシング側に熱が逃げやすい。そこで、フィルタコア部材の角部外側箇所の熱伝導性を、フィルタコア部材の辺部外側箇所の熱伝導性よりもさらに低くしておくことにより、より確実に断熱効果を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によると、セラミック多孔質体からなる低熱伝導部材であれば、それ自身がフィルタの一部として機能するため、フィルタコア部材の大型化を伴わなくても所定の濾過能力が維持される。また、セラミック材料は一般的に熱に強いので、集合体の耐熱性が損なわれるようなこともなく、熱膨張率も同等なものが使用できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によると、上記ハニカム構造体を低熱伝導部材として用いることにより、集合体の濾過能力を高いレベルに確実に維持することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によると、相対的に硬度の低いセラミック材料からなる低熱伝導部材であれば、集合体全体の外形を整えるために低熱伝導部材の一部を除去することが比較的容易になる。従って、製造がそれほど面倒でなく安価な集合体とすることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によると、多孔質コーディエライトは、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体ほど硬質ではなく、しかも廉価であるため、低熱伝導部材の形成材料として極めて好適である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
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（ｃ）に基づき詳細に説明する。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
集合体９の外周面とケーシング８の内周面との間には、集合体９とは別体で構成された断熱材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、弾性構造を有するので、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ことができる。
【００２４】
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。
【００２５】
このセラミックフィルタ集合体９は、フィルタコア部材２１と、低熱伝導部材２２とによって構成されている。
フィルタコア部材２１は集合体９の中心部に配置されている。フィルタコア部材２１は、複数の柱状ハニカムフィルタＦ１を接着して一体化した構造を有している。本実施形態のハニカムフィルタＦ１では、軸線方向に対して直交する方向の断面がいずれも正方形状となっている。フィルタコア部材２１自体の断面も正方形である。
【００２６】
図２，図３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。各ハニカムフィルタ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。セルの内壁面には、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。
【００２７】
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、ハニカムフィルタ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１００〜４００個／平方インチ前後に設定され、セル壁１３の厚さは０．０５〜０．５ｍｍ程度である。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】
ハニカムフィルタＦ１の平均気孔径は１μｍ〜５０μｍである。平均気孔径が１μｍ未満であると、微粒子の堆積によるハニカムフィルタ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、捕集効率が著しく低下してしまう。
【００２９】
ハニカムフィルタＦ１の気孔率は３０％〜８０％、さらには３５％〜７０％であることが好ましい。気孔率が３０％未満であると、ハニカムフィルタ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８０％を越えると、ハニカムフィルタ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４個のハニカムフィルタＦ１の外周面は、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。
セラミック質シール材層１５は、その組成中に無機バインダ、有機バインダ、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、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、セラミック質シール材層１５におけるファイバ含有量は固形分で１０重量％〜４０重量％であることがよく、セラミックファイバの繊維長は１０μｍ〜３０００μｍであることがよい。セラミック質シール材層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。
【００３１】
一方、低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１の外側に配置された状態で同フィルタコア部材２１の外周面にセラミック質シール材層１５を介して接着されている。なお、セラミック質シール材層１５の組成は、ハニカムフィルタＦ１間の接着に使用するものと同じでもよいほか、異なっていてもよい。本実施形態では同一のものを選択している。勿論、このようなセラミック質シール材層１５は、低熱伝導部材２２間の接着に使用されてもよい。
【００３２】
上記角柱状ハニカムフィルタＦ１は、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体からなる。その理由は、このようなセラミック多孔質体は、他の非酸化物系セラミック多孔質体に比較して極めて耐熱性、機械的強度及び熱伝導性に優れているからである。「炭化珪素を主成分とする」とは、組成中に炭化珪素分を重量比で５０％以上含んでいることをいう。従って、組成中に炭化珪素分を重量比で５０％以上含み、かつそれよりも少量の他物質（例えば珪素や窒素等）を含むものも、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体に該当する。なお、本実施形態では、炭化珪素分を９９重量％以上含むセラミック多孔質体（高純度多孔質炭化珪素焼結体）が使用されている。
【００３３】
上記低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体よりも熱伝導率の低いセラミック材料からなる。従って、高純度多孔質炭化珪素焼結体製のフィルタコア部材２１を用いた本実施形態では、低熱伝導部材２２は高純度多孔質炭化珪素焼結体よりも熱伝導率の低いセラミック材料からなる必要がある。
【００３４】
低熱伝導部材２２は多孔質体、特にセラミック多孔質体であることがよい。好適なセラミック多孔質体の具体例としては、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）等の多孔質体が挙げられる。とりわけ低熱伝導部材２２としては、酸化珪素を一成分として含む酸化物系のセラミック多孔質体からなることが好ましい。なお、低熱伝導部材２２は、軸線方向に沿って延びる多数のセルの端部が交互に封止されたハニカム構造体であることがよい。
【００３５】
セラミック多孔質体からなる低熱伝導部材２２であれば、それ自身がフィルタの一部として機能するため、フィルタコア部材２１の大型化を伴わなくても所定の濾過能力が維持されるからである。また、セラミック材料は一般的に熱に強いので、これを用いれば集合体９の好適な耐熱性が維持されるからである。なお、前記ハニカム構造体のセル壁には、ハニカムフィルタＦ１と同じように酸化触媒が担持されていることがよい。
【００３６】
また、上記低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体（ここでは高純度多孔質炭化珪素焼結体）よりも硬度の低いセラミック材料からなることが望ましい。その理由は、高純度多孔質炭化珪素焼結体に比べて相対的に硬度が低ければ、容易に外形カット工程を行うことが可能だからである。以上のことから、本実施形態では多孔質コーディエライト製の低熱伝導部材２２を用いている。即ち、多孔質コーディエライトは、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体ほど高熱伝導性・硬質ではなく、しかも廉価であるため、低熱伝導部材２２の形成材料として極めて好適だからである。また、多孔質ハニカム構造体を容易に作製することが可能だからである。
【００３７】
ここで、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体の５００℃での熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであることがよく、低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料の熱伝導率はフィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体より低くする方がよい。
【００３８】
フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体の熱伝導率が小さすぎると、フィルタコア部材２１内に温度差が生じやすくなり、クラックの原因となる熱応力の発生につながるおそれがある。フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体の熱伝導率を大きくしようとすると、材料の選定や焼成条件の設定等が難しくなり、製造コストの高騰をきたすおそれがある。低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料の熱伝導率が大きすぎると、集合体９の外周部における断熱効果を十分に高めることができなくなる。よって、集合体９の外周面からケーシング８側に逃げてしまう熱量を効果的に低減できなくなる。
【００３９】
フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体のビッカース硬さは１５００〜３０００ｋｇ／ｍｍ²であることがよく、低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料のビッカース硬さはフィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体より相対的に低くする方がよい。
【００４０】
フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体が柔らかすぎると、フィルタコア部材２１の強度低下、ひいては集合体９全体の強度低下を来してしまい、耐久性に劣る集合体９となってしまう。フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体を上記値よりも硬くしようとすると、材料の選定や焼成条件の設定等が難しくなり、製造コストの高騰をきたすおそれがある。低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料が柔らかすぎると、製造時に研削加工しやすい利点がある反面、使用時に割れ等が発生しやすくなる。よって、集合体９全体の強度低下につながるおそれがある。
【００４１】
完成した集合体９において低熱伝導部材２２の断面形状は、フィルタコア部材２１を構成する各ハニカムフィルタＦ１とは違う形状、即ち異型の柱状部材となっている。低熱伝導部材２２における１つの外周面は、研削加工により除去されることによってできた凸状曲面になっている。この凸状曲面は、集合体９の外周面の一部を構成する。なお、これら低熱伝導部材２２は、製造初期の段階においては各ハニカムフィルタＦ１と同様の断面形状を呈している。１つの集合体９に用いられている低熱伝導部材２２の数は１２本であり、それらがフィルタコア部材２１の外側を完全に包囲した状態になっている。そして、集合体９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。
【００４２】
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（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。
まず、押出成形時に使用するセラミック原料スラリー、端面封止のために用いる封止用ペースト、接着工程で使用するシール材層用ペースト１８をあらかじめ作製しておく。セラミック原料スラリーについては、フィルタコア部材２１用及び低熱伝導部材２２用の２種を用意する。
（フィルタコア部材２１用のハニカムフィルタＦ１の作製）
ハニカムフィルタＦ１形成用の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。シール材層用ペースト１８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。
【００４３】
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、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。
【００４４】
続いて、温度・時間等を所定の条件に設定して脱脂、焼成を行い、ハニカム成形体切断片及び封止体１４を完全に焼結させ、四角柱状の多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタＦ１を４個得る。
【００４５】
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、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。
【００４６】
次に、必要に応じてハニカムフィルタ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用ペースト１８を塗布する。そして、４個のハニカムフィルタＦ１の外周面同士を接着して一体化することにより、断面正方形状のフィルタコア部材２１を得る。
（低熱伝導部材２２の作製）
低熱伝導部材２２形成用のセラミック原料スラリーとしては、カオリン、アルミナ、タルクからなる原料を粉砕して粒度調整した後、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、カオリン、アルミナ、タルクからなる原料を粉砕して粒度調整したものに有機バインダ、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。シール材層用ペースト１８としては上記のものを流用する。
【００４７】
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、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。
【００４８】
続いて、温度・時間等を従来公知の条件に設定して脱脂、焼成を行い、ハニカム成形体切断片及び封止体１４を完全に焼結させ角柱状の多孔質コーディエライト焼結体製の柱状部材２２ａを得る。
（接着工程）
次に、必要に応じて柱状部材２２ａの外周面にも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用ペースト１８を塗布する。そして、１２個の柱状部材２２ａをフィルタコア部材２１の外側に配置し、この状態で各柱状部材２２ａの外周面をフィルタコア部材２１の外周面に接着する。その結果、フィルタコア部材２１と柱状部材２２ａとからなるフィルタ接着構造物Ｍが得られる。図４（ａ），（ｂ）に示されるように、この時点ではフィルタ接着構造物Ｍはまだ全体として断面正方形状を呈している。
（外形カット工程）
続く外形カット工程では、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。具体的には、フィルタコア部材２１の外周全体を包囲するようにして配置されている各柱状部材２２ａの一部を曲面的に研削して除去する。その結果、図４（ｃ）に示されるような断面円形状のフィルタ接着構造物Ｍが得られる。この工程を経ることにより、各柱状部材２２ａは異型断面を有する低熱伝導部材２２となる。外形カットによって新たに露出した面の全体には、上記シール材層用ペースト１８が塗布される。これによりフィルタ接着構造物Ｍの外周面全体に外周コート層１６が形成され、セラミックフィルタ集合体９が完成する。
【００４９】
次に、上記のセラミックフィルタ集合体９の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。この場合、排気ガスは、ハニカムフィルタＦ１のセルにも、低熱伝導部材２２のセルにも入り込む。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。
【００５０】
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。この種の排気ガス浄化装置１の場合、構造上、集合体９の中心部のほうが外周部に比べて先に高温になる。即ち、フィルタコア部材２１のほうが低熱伝導部材２２に比べて先に高温になる。従って、熱は、高温側であるフィルタコア部材２１側から、低温側である低熱伝導部材２２側へと移動する。しかし、低熱伝導部材２２は断熱材１０を介してケーシング８に接しており、熱は外方にあるケーシング８側に逃げようとする。本実施形態では、低熱伝導部材２２を配置したことにより、集合体９の外周部が中心部に比べて熱伝導しにくい状態になっている。よって、集合体９の外周部における断熱効果が高くなり、集合体９の外周面からケーシング８側に熱が逃げにくくなる結果、集合体９内の温度差が解消される。以上のことから、集合体９の再生が確実に行われる。
【００５１】
次に、本実施形態を具体化した実施例及び比較例を紹介する。
【００５２】
【実施例及び比較例】
（実施例の作製）
（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。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仮焼成した後、２２００℃で約３時間本焼成した。その結果、四角柱状の多孔質炭化珪素製ハニカムフィルタＦ１（３３ｍｍ×３３ｍｍ×１６７ｍｍ）を得た。上記ハニカムフィルタＦ１の熱伝導率は７３Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ），３０Ｗ／ｍ・Ｋ（５００℃）、ビッカース硬さは２０００ｋｇ／ｍｍ²、３点曲げ強度は５０ＭＰａ、ヤング率は４８ＧＰａであった。
【００５３】
そして、セラミックファイバ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。なお、セラミックファイバとは、ショット含有率３％、繊維長さ１０μｍ〜３０００μｍのアルミナシリケートセラミックファイバである。この混練物を適当な粘度に調整することにより、シール材層用ペースト１８を作製した。このようなシール材層用ペースト１８をハニカムフィルタＦ１の外周面に均一に塗布した後、ハニカムフィルタＦ１の外周面同士を互いに密着させた。この状態で５０℃〜１００℃×１時間の乾燥を行ってセラミック質シール材層１５を硬化させ、各ハニカムフィルタＦ１を一体化することにより、所望のフィルタコア部材２１を得た。
【００５４】
（２）カオリン（１５重量％）、アルミナ（２３重量％）、タルク（３８重量％）からなる原料を粉砕して粒度調整した後、この混合物に有機バインダ（９重量％）及び水（１５重量％）を配合し、よく混練した。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。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を多孔質コーディエライト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、この乾燥体を従来公知の条件により脱脂、仮焼成、本焼成した。その結果、四角柱状の多孔質コーディエライト製の柱状部材２２ａ（３３ｍｍ×３３ｍｍ×１６７ｍｍ）を得た。上記柱状部材２２ａの熱伝導率は２Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ），１Ｗ／ｍ・Ｋ（７００℃）、ビッカース硬さは１２００ｋｇ／ｍｍ²、３点曲げ強度は２．８ＭＰａ、ヤング率は３０ＧＰａであった。
【００５５】
（３）次に、１２個の柱状部材２２ａの外周面に上記シール材層用ペースト１８を塗布するとともに、それらをフィルタコア部材２１の外側に配置し、この状態で各柱状部材２２ａの外周面をフィルタコア部材２１の外周面に接着した。同様に、このとき各柱状部材２２ａの外周面同士も接着した。この状態で５０℃〜１００℃×１時間の乾燥を行ってセラミック質シール材層１５を硬化させ、フィルタコア部材２１と柱状部材２２ａとからなるフィルタ接着構造物Ｍを得た。
（外形カット工程）
続く外形カット工程では、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、全体として断面円形状のフィルタ接着構造物Ｍを作製した。その後、露出した外周面全体に前記シール材層用ペースト１８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の外周コート層１６を形成し、最終的に実施例のセラミックフィルタ集合体９（直径１３５ｍｍ×長さ１６７ｍｍ）を完成させた。なお、研削加工はダイヤモンドカッターを用いて行った。
（比較例の作製）
比較例では、基本的に実施例の作製条件に従って、同じ形状かつ同じ大きさのセラミックフィルタ集合体９を完成させた。ただし、１６個とも多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタＦ１を用いた。
（評価試験の方法及び結果）
集合体９の中心部（図２にてＰ１で示される位置）及び外周部（図２にてＰ２，Ｐ３で示される位置）の３ヶ所に熱電対を埋め込んだ。この後、集合体９の周囲に断熱材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た。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，Ｔｃ（℃）をそれぞれ測定した。それらの最大温度差（ΔＴ（℃））を求めた。
【００５６】
その結果、実施例では、最大温度差ΔＴはせいぜい５０℃程度であってそれほど大きい値にはならず、熱衝撃による集合体９の破損も認められなかった。また、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、中心部にも外周部にもススの燃え残りは認められなかった。ゆえに、実施例では効率のよい再生が行われていたことが実証された。
【００５７】
これに対して比較例では、温度差ΔＴが１００℃であって実施例に比べてかなり大きい値となった。ゆえに、熱衝撃により集合体９が破損しやすい状態にあることが示唆された。また、再生終了後に集合体９の切断面を肉眼観察したところ、外周部にススの燃え残りが認められた。ゆえに、比較例では効率のよい再生が行われていなかったことが実証された。
【００５８】
また、実施例のほうがススの燃焼速度が速くなる傾向が認められ、それゆえ再生に要する時間も実施例のほうが短かった。
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。
【００５９】
（１）本実施形態では、上記のごとく低熱伝導部材２２を配置したことにより、集合体９の外周部における断熱効果が高くなり、集合体９の外周面からケーシング８側に熱が逃げにくくなる。その結果、集合体９の外周部の温度が上がりやすくなり、集合体９の中心部との温度差が小さくなる。つまり、集合体９が均一に加熱されることにより、内部に大きな応力が発生しにくくなり、熱衝撃による集合体９の破損を防止することができる。また、集合体９の均一な加熱が達成できる結果、集合体９の外周部におけるススの燃え残りが解消され、再生効率も確実に向上する。
【００６０】
（２）このセラミックフィルタ集合体９では、低熱伝導部材２２としてセラミック多孔質体が用いられている。多孔質体は比表面積が大きく、それ自身がフィルタの一部として機能するという利点がある。このため、フィルタコア部材２１の大型化を伴わなくても所定の濾過能力を維持することができる。また、セラミック材料は一般的に熱に強く排気ガスの温度にも十分耐え得るので、長時間使用したとしても集合体９の耐熱性が損なわれるようなことはない。
【００６１】
（３）この集合体９における低熱伝導部材２２は、軸線方向に沿って延びる多数のセルの端部が交互に封止されたハニカム構造体である。従って、これを用いて集合体９を構成することにより、集合体９の濾過能力を高いレベルに確実に維持することができる。しかも、圧力損失の増大を回避することができる。
【００６２】
（４）この集合体９における低熱伝導部材２２は、多孔質コーディエライト製である。多孔質コーディエライトは、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体ほど硬質ではなく、しかも廉価である。そして、このような低熱伝導部材２２の形成材料として極めて好適なものを用いることにより、低熱伝導部材２２の低コスト化及び製造容易化を確実に達成することができる。
【００６３】
（５）この集合体９では、フィルタコア部材２１と各低熱伝導部材２２とがセラミック質シール材層１５により互いに接着されている。従って、例えば通常の樹脂系接着剤を用いて接着したような場合とな異なり、排気ガスの熱に晒されたとしても高い接着強度を維持することができる。よって、フィルタコア部材２１と各低熱伝導部材２２との界面にクラックが生じるようなこともなく、当該界面におけるシール性が悪化するといったことも防止される。
【００６４】
（６）本実施形態では、柱状部材２２ａをフィルタコア部材２１の外側に配置してセラミック質シール材層１５にて接着した後、柱状部材２２ａの一部を除去して全体の外形形状を整えることにより、集合体９を製造している。低熱伝導部材２２となる柱状部材２２ａは、相対的に硬度の低いセラミック材料からなるため、切削加工によってその一部を困難なく除去することができ、全体を所望の外形形状に整えることができる。よって、この製造方法によれば、比較的容易にかつ低コストで集合体９を製造することができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明を具体化した実施形態２を図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。ここでは実施形態１と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００６５】
実施形態１では１種の低熱伝導部材２２を用いて集合体９が構成されていたのに対し、本実施形態では熱伝導性の異なる２種の低熱伝導部材２２，２３を用いて集合体９が構成されている。
【００６６】
第１の低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体よりも熱伝導率の低いセラミック材料からなる。第１の低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１の辺部外側に配置された状態でフィルタコア部材２１の外周面にセラミック質シール材層１５を介して接着されている。本実施形態では、第１の低熱伝導部材２２として、実施形態１にて記載した「低熱伝導部材２２」と同じものを８個用い、集合体９を構成している。
【００６７】
第２の低熱伝導部材２３は、第１の低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料よりもさらに熱伝導率の低いセラミック材料からなり、具体的には０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ）〜１Ｗ／ｍ・Ｋのセラミック材料からなる。また、第２の低熱伝導部材２３を構成するセラミック材料のビッカース硬さ、３点曲げ強度、ヤング率は実施形態１と同程度であることがよい。
【００６８】
第２の低熱伝導部材２３は、フィルタコア部材２１の角部外側に配置されるとともに、隣接する第１の低熱伝導部材２２の外周面に前記セラミック質シール材層１５を介して接着されている。本実施形態では、第２の低熱伝導部材２３を４個用いて集合体９が構成されている。
【００６９】
ここで、第２の低熱伝導部材２３の化学組成は、第１の低熱伝導部材２２の化学組成と異なっていてもよいほか、等しくてもよい。第１の低熱伝導部材２２及び第２の低熱伝導部材２３として同種のセラミック材料（本実施形態ではともに多孔質コーディエライト）を選択した場合に、両者の熱伝導率を異ならせる方法を以下に列挙する。例えば、第１の低熱伝導部材２２の気孔率を、第２の低熱伝導部材２３のそれよりも大きな値に設定する。第１の低熱伝導部材２２の気孔径を、第２の低熱伝導部材２３のそれよりも大きな値に設定する。第１の低熱伝導部材２２の密度を、第２の低熱伝導部材２３のそれよりも大きな値に設定する。第１の低熱伝導部材２２のセル壁を、第２の低熱伝導部材２３のそれよりも厚く設定する。
【００７０】
次にこの集合体９の製造方法を説明する。
基本的には実施形態１の手順に従ってハニカムフィルタＦ１を８個作製し、これらを上記セラミック質シール材層１５にて接着・一体化しておく。また、熱伝導率の異なる二種の柱状部材２２ａ，２３ａをそれぞれ複数個ずつ作製しておく。この場合、１つの集合体９を製造するためには、熱伝導率が相対的に大きい柱状部材２２ａが８個必要になり、熱伝導率が相対的に小さい柱状部材２３ａが４個必要になる（図５（ａ）参照）。
【００７１】
そして、各柱状部材２２ａ，２３ａの外周面に上記シール材層用ペースト１８を塗布するとともに、第１の低熱伝導部材２２となる柱状部材２２ａをフィルタコア部材２１の辺部外側に配置する。また、第２の低熱伝導部材２３となる柱状部材２３ａをフィルタコア部材２１の辺部外側に配置する。このような状態でフィルタコア部材２１、柱状部材２２ａ，２３ａの外周面を互いにセラミック質シール材層１５を介して接着し、所定の乾燥を行う。その結果、図５（ｂ）に示すようなフィルタ接着構造物Ｍを得る。さらに、このフィルタ接着構造物Ｍを外形カットして、断面円形状のセラミックフィルタ集合体９とする。
【００７２】
さて、図５（ｃ）に示す断面円形状の集合体９の場合、フィルタコア部材２１の角部外側箇所のほうがフィルタコア部材２１の辺部外側箇所に比べて通常肉薄になる。つまり、フィルタコア部材２１の角部外側箇所のほうが熱伝達経路が短くなり、そこからケーシング８側に熱が逃げやすい。本実施形態では、フィルタコア部材２１の角部外側箇所の熱伝導性が、フィルタコア部材２１の辺部外側箇所の熱伝導性よりもさらに低くなっている。従って、より確実に断熱効果を向上させることができる。それゆえ、強度及び再生効率にいっそう優れたセラミックフィルタ集合体９を実現することができる。
［第３の実施形態］
次に、本発明を具体化した実施形態３を図６（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。ここでは実施形態１と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００７３】
本実施形態では結果的に実施形態１とほぼ同様の集合体９を得るにあたり、実施形態１とは異なる製造方法を実施している。ここでは、接着工程後に外形カットを行って所望形状の低熱伝導部材２２とするのではなく、所望形状の低熱伝導部材２４，２５をあらかじめ作製したうえでその接着工程を行うことを特徴とする。本実施形態では、断面積及び断面形状の異なる２種の低熱伝導部材２４，２５を２つずつ用意している。
【００７４】
あらかじめ作製される前記低熱伝導部材２４，２５は、１つの外周面が凸状曲面になっている。この凸状曲面は、後に集合体９の外周面の一部を構成するものである。低熱伝導部材２４，２５は、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体よりも熱伝導率の低いセラミック材料、本実施形態では多孔質コーディエライトからなる。
【００７５】
接着工程では、低熱伝導部材２４，２５における凸状曲面以外の面に上記シール材層用ペースト１８を塗布するとともに、凸状曲面を外側に向けた状態で低熱伝導部材２４，２５を配置する。このような状態でフィルタコア部材２１及び低熱伝導部材２４，２５の外周面を互いにセラミック質シール材層１５を介して接着し、所定の乾燥を行う。その結果、図６（ｂ）に示すような断面円形状のセラミックフィルタ集合体９が得られる。
【００７６】
上記のごとく、本実施形態の製造方法によれば、切削加工による外形カット工程を経ることなく所望形状のセラミックフィルタ集合体９を得ることができる。ゆえに、外形カット工程がない分だけ製造工程全体が簡略化され、比較的容易にかつ低コストで集合体９を製造することができる。また、製造時に切削屑が生じないため、周囲を汚す心配もないという利点もある。
【００７７】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・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研削加工するのみならず、例えば以下のような断面円形状以外の形状に研削加工してもよい。図７（ｃ）には、研削加工を経て断面略おにぎり状に形成された集合体９が示されている。図８（ｃ）には、研削加工を経て断面略小判状（断面略トラック状）に形成された集合体９が示されている。勿論、集合体９の断面形状は略楕円状などであっても構わない。
【００７８】
・低熱伝導部材２２は、必ずしもフィルタコア部材２１の外側全体を完全に包囲するように配置されていなくてもよく、図８（ａ）〜（ｃ）の別例のごとく外側の一部にのみ配置されていてもよい。
【００７９】
・フィルタコア部材２１の断面形状は、前記各実施形態のような断面矩形状のみに限定されることはなく、例えば図８（ａ）〜（ｃ）の別例のように非矩形状（例えば略十字状）であってもよい。
【００８０】
・低熱伝導部材２２はフィルタコア部材２１の外側に１周のみ配置（即ち最外周にのみ配置）されていてもよいほか、２周以上配置されていてもよい。
・各実施形態のようなセラミック材料製の低熱伝導部材２２に代えて、例えば金属製（特には多孔質金属製）の低熱伝導部材を採用することも可能である。
【００８１】
・低熱伝導部材２２の材料として、無機材料からなる多孔質体のみに限定されることはなく、無機繊維の凝集物などを用いてもよい。
・フィルタコア部材２１を構成している柱状ハニカムフィルタＦ１は断面正方形状に限定されず、例えば断面長方形状、断面六角形状等であってもよい。
【００８２】
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）多孔質炭化珪素焼結体からなる複数の四角柱状ハニカムフィルタの外周面同士を、炭化珪素を含むセラミック質シール材層を介して結束することにより、前記各ハニカムフィルタを一体化してなるフィルタコア部材と、軸線方向に沿って延びる多数のセルの端部が交互に封止された多孔質コーディエライト製の柱状ハニカム構造体からなり、前記フィルタコア部材の外側に配置された状態で同フィルタコア部材の外周面に、炭化珪素を含むセラミック質シール材層を介して結束された複数の低熱伝導部材とを備えるセラミックフィルタ集合体。
【００８３】
【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、強度及び再生効率に優れたセラミックフィルタ集合体を提供することができる。
【００８４】
特に請求項４，５に記載の発明によれば、製造容易かつ比較的安価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第１実施形態の排気ガス浄化装置の概略断面図。
【図２】第１実施形態の排気ガス浄化装置に用いられるセラミックフィルタ集合体の正面図。
【図３】第１実施形態のセラミックフィルタ集合体の使用状態における断面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態の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図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は第２実施形態の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図。
【図６】（ａ），（ｂ）は第３実施形態の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図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は別例の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図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は別例の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図。
【符号の説明】
９…セラミックフィルタ集合体、１５…セラミック質シール材層、２１…フィルタコア部材、２２，２３，２４，２５…低熱伝導部材、２２ａ，２３ａ…柱状部材、Ｆ１…角柱状ハニカムフィルタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic filter assembly including a member in which a plurality of columnar honeycomb filters are bonded through a ceramic sealing material layer.
[0002]
[Prior art]
The number of automobiles has increased dramatically since the 20th century, and the amount of exhaust gas emitted from the internal combustion engine of the automobile has been increasing rapidly in proportion thereto. In particular, various substances contained in exhaust gas emitted from a diesel engine cause pollution, and are now having a serious impact on the world environment. Recently, research results have reported that particulates (diesel particulates) in exhaust gas sometimes cause allergic disorders and a decrease in the number of sperm. In other words, taking measures to remove particulates in exhaust gas is considered an urgent issue for humanity.
[0003]
Under such circumstances, an exhaust gas purifying apparatus having a structure in which a metal casing is provided in the middle of an exhaust pipe connected to an exhaust manifold of an engine and a ceramic filter assembly is disposed therein has been proposed. The ceramic filter aggregate refers to a structure in which the outer peripheral surfaces of a plurality of prismatic honeycomb filters made of a ceramic porous body are bonded and integrated through a ceramic sealing material layer. Here, a conventional method for manufacturing an aggregate will be briefly described.
[0004]
First, a rectangular column-shaped honeycomb formed body is formed by continuously extruding a ceramic raw material through a mold of an extruder. After the honeycomb formed body is cut into equal lengths, the cut pieces are degreased and fired to obtain a honeycomb filter. After the firing step, a ceramic sealing material is uniformly applied to the outer peripheral surface of the honeycomb filter and united. Then, by grinding the outer peripheral portion of such a filter structure, a ceramic filter assembly having a circular cross section or an elliptical cross section is obtained. And a heat insulating material is wound around the outer peripheral surface of the said assembly, and an exhaust-gas purification apparatus is finally completed by accommodating an assembly in the casing provided in the middle of the exhaust pipe.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the above-described ceramic filter assembly of the prior art, heat easily escapes from the outer periphery of the assembly to the casing, and therefore the outer periphery of the assembly tends to be colder than the center of the assembly. Therefore, stress due to the temperature difference is generated in the assembly, and the assembly is easily damaged by thermal shock. In addition, at the outer periphery of the assembly where the temperature is not sufficiently increased, soot remains unburned, and the regeneration efficiency may be deteriorated.
[0006]
Furthermore, when a non-oxide ceramic material typified by silicon carbide (SiC) is used as a filter material, a part of the hard honeycomb filter must be removed by cutting in order to adjust the overall shape of the aggregate. There is. Therefore, in addition to the troublesome manufacturing, there is a problem that the cost tends to be high.
[0007]
This invention is made | formed in view of said subject, The 1st objective is to provide the ceramic filter aggregate | assembly excellent in intensity | strength and reproduction | regeneration efficiency.
A second object of the present invention is to provide a ceramic filter assembly that is easy to manufacture and relatively inexpensive.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1,By binding the outer peripheral surfaces of a plurality of columnar honeycomb filters made of a non-oxide ceramic porous body mainly composed of silicon carbide via a ceramic sealing material layer, the honeycomb filters are integrated into a prismatic shape. And a filter core member formed of a ceramic material having a lower thermal conductivity than the ceramic porous body constituting the filter core member, and disposed in the outer side of the filter core member. A filter core comprising: a first low thermal conductive member bound to an outer peripheral surface via a ceramic sealing material layer; and a ceramic material having a lower thermal conductivity than the ceramic material constituting the first low thermal conductive member. It is arranged outside the corner of the member and is connected to the outer peripheral surface of the adjacent first low heat conducting member via a ceramic sealing material layer. Ceramic filter assembly and a second low heat conductive member that isIs the gist.
[0009]
  In the invention according to claim 2,In Claim 1, the said 1st low heat conductive member and the 2nd low heat conductive member presupposed that it is a ceramic porous body.
[0010]
  The invention according to claim 33. The honeycomb structure according to claim 2, wherein the first low thermal conductivity member and the second low thermal conductivity member are alternately sealed at the ends of a large number of cells extending along the axial direction.It was.
  The invention according to claim 44. The first low heat conductive member and the second low heat conductive member according to claim 1, wherein the first low heat conductive member and the second low heat conductive member are made of a ceramic material having a hardness lower than that of the ceramic porous body constituting the filter core member.It was.
[0011]
  The invention described in claim 55. The first low heat conductive member and the second low heat conductive member according to claim 4, made of porous cordierite.It was.
[0012]
  The invention described in claim 66. The ceramic filter assembly according to claim 1, wherein the ceramic filter aggregate has a circular cross section or an elliptical cross section.Was.
[0013]
The “action” of the present invention will be described below.
According to the first aspect of the present invention, by arranging the low thermal conductive member, the heat insulating effect at the outer peripheral portion of the assembly is increased, and heat is less likely to escape from the outer peripheral surface of the assembly to the casing side. As a result, the temperature of the outer periphery of the aggregate is likely to rise, and the temperature difference from the central part of the aggregate is reduced. Therefore, it becomes difficult to generate a large stress, and damage to the aggregate due to thermal shock is prevented. In addition, soot residue is less likely to occur and the regeneration efficiency is improved. In addition, abnormal combustion exceeding the limit of the filter due to unburned soot can be suppressed.
[0014]
  still,Since the corner outer portion of the filter core member is usually farther from the central portion than the side outer portion of the filter core member, the temperature does not easily rise and heat easily escapes to the casing side. Then, the heat insulation effect can be improved more reliably by making the thermal conductivity of the corner outer portion of the filter core member lower than the thermal conductivity of the side outer portion of the filter core member.
[0015]
  Claim2According to the invention described in the above, since the low thermal conductive member made of a ceramic porous body functions as a part of the filter itself, the predetermined filtration capacity is maintained without enlarging the filter core member. The In addition, since ceramic materials are generally resistant to heat, heat resistance of the aggregate is not impaired, and those having the same thermal expansion coefficient can be used.
[0016]
  Claim3According to the invention described in (4), by using the honeycomb structure as a low heat conductive member, the filtration ability of the aggregate can be reliably maintained at a high level.
[0017]
  Claim4According to the invention described in (1), it is relatively easy to remove a part of the low heat conductive member in order to adjust the outer shape of the entire assembly if the low heat conductive member is made of a ceramic material having relatively low hardness. Therefore, it is possible to obtain an inexpensive assembly that is not so troublesome to manufacture.
[0018]
  Claim5According to the invention described in (1), porous cordierite is not as hard as a non-oxide ceramic porous body mainly composed of silicon carbide, and is inexpensive, so it is extremely suitable as a material for forming a low thermal conductive member. It is.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, an exhaust gas purification apparatus 1 for a diesel engine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0020]
As shown in FIG. 1, this exhaust gas purification device 1 is a device for purifying exhaust gas discharged from a diesel engine 2 as an internal combustion engine. The diesel engine 2 includes a plurality of cylinders (not shown). Each cylinder is connected with a branch portion 4 of an exhaust manifold 3 made of a metal material. Each branch portion 4 is connected to one manifold body 5. Therefore, the exhaust gas discharged from each cylinder is concentrated in one place.
[0021]
A first exhaust pipe 6 and a second exhaust pipe 7 made of a metal material are disposed on the downstream side of the exhaust manifold 3. The upstream end of the first exhaust pipe 6 is connected to the manifold body 5. Between the 1st exhaust pipe 6 and the 2nd exhaust pipe 7, the cylindrical casing 8 which consists of a metal material is arrange | positioned. The upstream end of the casing 8 is connected to the downstream end of the first exhaust pipe 6, and the downstream end of the casing 8 is connected to the upstream end of the second exhaust pipe 7. It can also be understood that the casing 8 is disposed in the middle of the exhaust pipes 6 and 7. As a result, the internal regions of the first exhaust pipe 6, the casing 8, and the second exhaust pipe 7 communicate with each other, and the exhaust gas flows therethrough.
[0022]
As shown in FIG. 1, the casing 8 is formed so that the central portion thereof has a larger diameter than the exhaust pipes 6 and 7. Therefore, the inner area of the casing 8 is wider than the inner areas of the exhaust pipes 6 and 7. A ceramic filter assembly 9 is accommodated in the casing 8.
[0023]
Between the outer peripheral surface of the assembly 9 and the inner peripheral surface of the casing 8, a heat insulating material 10 configured separately from the assembly 9 is disposed. The heat insulating material 10 is a mat-like material formed including ceramic fibers, and the thickness thereof is several mm to several tens mm. The heat insulating material 10 preferably has a thermal expansibility. The term “thermal expansibility” as used herein means that it has a function of releasing thermal stress because it has an elastic structure. The reason is to minimize energy loss during regeneration by preventing heat from escaping from the outermost periphery of the assembly 9. Moreover, since it has an elastic structure, it is possible to prevent displacement of the ceramic filter assembly 9 caused by exhaust gas pressure or vibration caused by running.
[0024]
Since the ceramic filter assembly 9 used in the present embodiment removes diesel particulates as described above, it is generally called a diesel particulate filter (DPF).
[0025]
The ceramic filter assembly 9 includes a filter core member 21 and a low heat conductive member 22.
The filter core member 21 is disposed at the center of the assembly 9. The filter core member 21 has a structure in which a plurality of columnar honeycomb filters F1 are bonded and integrated. In the honeycomb filter F1 of the present embodiment, the cross section in the direction orthogonal to the axial direction has a square shape. The cross section of the filter core member 21 itself is also square.
[0026]
As shown in FIGS. 2 and 3, these filters F1 are so-called honeycomb structures. The reason for adopting the honeycomb structure is that there is an advantage that the pressure loss is small even when the amount of collected fine particles is increased. In each honeycomb filter F1, a plurality of through holes 12 having a substantially square cross section are regularly formed along the axial direction thereof. Each through hole 12 is partitioned from each other by a thin cell wall 13. On the inner wall surface of the cell, an oxidation catalyst composed of a platinum group element (for example, Pt or the like), other metal elements and oxides thereof is supported.
[0027]
The opening of each through-hole 12 is sealed with a sealing body 14 (here, a porous silicon carbide sintered body) on either one of the end faces 9a and 9b side. Accordingly, the end faces 9a and 9b as a whole have a checkered pattern. As a result, a large number of cells having a square cross section are formed in the honeycomb filter F1. The density of the cells is set to around 100 to 400 cells / square inch, and the thickness of the cell wall 13 is about 0.05 to 0.5 mm. Of the many cells, about half of the cells open at the upstream end surface 9a, and the remaining cells open at the downstream end surface 9b.
[0028]
The average pore diameter of the honeycomb filter F1 is 1 μm to 50 μm. When the average pore diameter is less than 1 μm, the honeycomb filter F1 is clogged due to the accumulation of fine particles. On the other hand, if the average pore diameter exceeds 50 μm, fine particles cannot be collected, and the collection efficiency is significantly reduced.
[0029]
The porosity of the honeycomb filter F1 is preferably 30% to 80%, more preferably 35% to 70%. If the porosity is less than 30%, the honeycomb filter F1 becomes too dense, and the exhaust gas may not be allowed to flow inside. On the other hand, if the porosity exceeds 80%, the number of voids in the honeycomb filter F1 becomes excessive, so that the strength becomes weak and the collection efficiency of the fine particles may be lowered.
[0030]
As shown in FIGS. 2 and 3, the outer peripheral surfaces of a total of four honeycomb filters F <b> 1 are bonded to each other via ceramic sealing material layers 15.
The ceramic sealing material layer 15 contains an inorganic binder, an organic binder, and inorganic fibers (specifically, ceramic fibers) in its composition. The reason why the ceramic fiber is selected is that the ceramic fiber is excellent in heat resistance, and therefore suitable heat resistance is imparted. Examples of the ceramic fiber include at least one selected from silica-alumina fiber, mullite fiber, alumina fiber, and silica fiber. Among these, it is particularly desirable to select silica-alumina fiber. This is because the silica-alumina fiber has excellent elasticity and absorbs thermal stress. The fiber content in the ceramic sealing material layer 15 is preferably 10% by weight to 40% by weight in terms of solid content, and the fiber length of the ceramic fiber is preferably 10 μm to 3000 μm. The thickness of the ceramic sealing material layer 15 is preferably 0.1 mm to 3 mm, and more preferably 0.3 mm to 1 mm.
[0031]
On the other hand, the low heat conductive member 22 is bonded to the outer peripheral surface of the filter core member 21 via the ceramic sealing material layer 15 in a state of being disposed outside the filter core member 21. The composition of the ceramic sealing material layer 15 may be the same as that used for bonding between the honeycomb filters F1 or may be different. In the present embodiment, the same one is selected. Of course, such a ceramic sealing material layer 15 may be used for adhesion between the low thermal conductive members 22.
[0032]
The prismatic honeycomb filter F1 is made of a non-oxide ceramic porous body mainly composed of silicon carbide. The reason is that such a ceramic porous body is extremely excellent in heat resistance, mechanical strength and thermal conductivity as compared with other non-oxide ceramic porous bodies. “Containing silicon carbide as a main component” means that the composition contains 50% or more by weight of silicon carbide. Accordingly, non-oxide ceramics containing silicon carbide as a main component are those containing 50% or more by weight of silicon carbide in the composition and containing a smaller amount of other substances (such as silicon and nitrogen). Corresponds to porous body. In the present embodiment, a ceramic porous body (high-purity porous silicon carbide sintered body) containing 99% by weight or more of silicon carbide is used.
[0033]
The low thermal conductive member 22 is made of a ceramic material having a lower thermal conductivity than the ceramic porous body constituting the filter core member 21. Therefore, in this embodiment using the filter core member 21 made of a high-purity porous silicon carbide sintered body, the low thermal conductive member 22 is made of a ceramic material having a lower thermal conductivity than the high-purity porous silicon carbide sintered body. There is a need.
[0034]
The low heat conductive member 22 is preferably a porous body, particularly a ceramic porous body. As a specific example of a suitable ceramic porous body, cordierite (2MgO.2Al₂O_Three・ 5SiO₂), Alumina (Al₂O_Three), Mullite (3Al₂O_Three・ 2SiO₂) And the like. In particular, the low thermal conductive member 22 is preferably made of an oxide ceramic porous body containing silicon oxide as one component. The low thermal conductive member 22 is preferably a honeycomb structure in which end portions of a large number of cells extending in the axial direction are alternately sealed.
[0035]
This is because the low heat conduction member 22 made of a ceramic porous body functions as a part of the filter itself, and therefore a predetermined filtering ability is maintained without enlarging the filter core member 21. Moreover, since the ceramic material is generally resistant to heat, if this is used, suitable heat resistance of the aggregate 9 is maintained. In addition, it is preferable that an oxidation catalyst is supported on the cell walls of the honeycomb structure as in the honeycomb filter F1.
[0036]
The low thermal conductive member 22 is preferably made of a ceramic material having a lower hardness than the ceramic porous body (here, high-purity porous silicon carbide sintered body) constituting the filter core member 21. The reason is that if the hardness is relatively lower than that of the high-purity porous silicon carbide sintered body, the outer shape cutting step can be easily performed. From the above, in this embodiment, the low thermal conductive member 22 made of porous cordierite is used. That is, porous cordierite is extremely suitable as a material for forming the low thermal conductive member 22 because it is not as thermally conductive and hard as a non-oxide ceramic porous body mainly composed of silicon carbide, and is inexpensive. That's why. Moreover, it is because a porous honeycomb structure can be easily manufactured.
[0037]
Here, the thermal conductivity at 500 ° C. of the ceramic porous body constituting the filter core member 21 is preferably 1 W / m · K to 200 W / m · K, and the ceramic material constituting the low thermal conduction member 22 The thermal conductivity should be lower than that of the ceramic porous body constituting the filter core member 21.
[0038]
If the thermal conductivity of the ceramic porous body constituting the filter core member 21 is too small, a temperature difference tends to occur in the filter core member 21, which may lead to the generation of thermal stress that causes cracks. If an attempt is made to increase the thermal conductivity of the ceramic porous body constituting the filter core member 21, it becomes difficult to select materials, set firing conditions, and the like, which may increase the manufacturing cost. If the thermal conductivity of the ceramic material constituting the low thermal conductive member 22 is too large, the heat insulation effect at the outer peripheral portion of the assembly 9 cannot be sufficiently enhanced. Therefore, the amount of heat that escapes from the outer peripheral surface of the assembly 9 to the casing 8 cannot be effectively reduced.
[0039]
The Vickers hardness of the ceramic porous body constituting the filter core member 21 is 1500 to 3000 kg / mm.²It is preferable that the Vickers hardness of the ceramic material constituting the low thermal conductive member 22 is relatively lower than the ceramic porous body constituting the filter core member 21.
[0040]
If the ceramic porous body constituting the filter core member 21 is too soft, the strength of the filter core member 21 is lowered, and consequently the strength of the aggregate 9 as a whole is lowered, and the aggregate 9 is inferior in durability. If the ceramic porous body constituting the filter core member 21 is to be harder than the above value, it is difficult to select materials and set firing conditions, which may increase the manufacturing cost. If the ceramic material constituting the low heat conducting member 22 is too soft, there is an advantage that it is easy to grind during manufacture, but cracks and the like are likely to occur during use. Therefore, there is a possibility that the strength of the entire assembly 9 may be reduced.
[0041]
In the completed assembly 9, the cross-sectional shape of the low thermal conductive member 22 is different from that of each honeycomb filter F <b> 1 constituting the filter core member 21, that is, an irregular columnar member. One outer peripheral surface of the low heat conductive member 22 is a convex curved surface formed by being removed by grinding. This convex curved surface constitutes a part of the outer peripheral surface of the assembly 9. In addition, these low heat conductive members 22 have the same cross-sectional shape as each honeycomb filter F1 in the initial stage of manufacture. The number of the low heat conductive members 22 used in one aggregate 9 is twelve, and they completely surround the outside of the filter core member 21. And when it sees as the whole assembly 9, the cylindrical ceramic filter assembly 9 (diameter around 135 mm) is comprised.
[0042]
Next, the procedure for manufacturing the ceramic filter assembly 9 will be described with reference to FIGS.
First, the ceramic raw material slurry used at the time of extrusion molding, the sealing paste used for end face sealing, and the sealing material layer paste 18 used in the bonding step are prepared in advance. As for the ceramic raw material slurry, two types for the filter core member 21 and the low heat conductive member 22 are prepared.
(Preparation of honeycomb filter F1 for the filter core member 21)
As the ceramic raw material slurry for forming the honeycomb filter F1, a silicon carbide powder in which an organic binder and water are blended in predetermined amounts and kneaded is used. As the sealing paste, a silicon carbide powder blended with an organic binder, a lubricant, a plasticizer and water and kneaded is used. As the sealing material layer paste 18, an inorganic fiber, an inorganic binder, an organic binder, inorganic particles, and water are blended in predetermined amounts and kneaded.
[0043]
Next, the ceramic raw material slurry is put into an extruder and continuously extruded through a mold. Thereafter, the extruded honeycomb formed body is cut into equal lengths to obtain a rectangular pillar-shaped honeycomb formed body cut piece. Further, a predetermined amount of sealing paste is filled into one side opening of each cell of the cut piece, and both end faces of each cut piece are sealed.
[0044]
Subsequently, the temperature and time are set to predetermined conditions, degreasing and firing are performed, and the honeycomb molded body cut piece and the sealing body 14 are completely sintered, and are made of a rectangular pillar-shaped porous silicon carbide sintered body. Four honeycomb filters F1 are obtained.
[0045]
In order to set the average pore diameter to 6 μm to 15 μm and the porosity to 35% to 50%, in this embodiment, the firing temperature is set to 2100 ° C. to 2300 ° C., and the firing time is 0.1 hour to 5 hours. Is set. Moreover, the atmosphere in the furnace at the time of baking is made into an inert atmosphere, and the pressure of the atmosphere at that time is made into a normal pressure.
[0046]
Next, if necessary, a base layer made of a ceramic material is formed on the outer peripheral surface of the honeycomb filter F1, and then a sealing material layer paste 18 is applied thereon. And the filter core member 21 of square cross section is obtained by adhere | attaching and integrating the outer peripheral surfaces of the four honeycomb filters F1.
(Preparation of low thermal conductive member 22)
As the ceramic raw material slurry for forming the low heat conductive member 22, a raw material made of kaolin, alumina and talc is pulverized to adjust the particle size, and then an organic binder and water are mixed in predetermined amounts and kneaded. As the sealing paste, a material obtained by pulverizing raw materials made of kaolin, alumina, and talc and adjusting the particle size, and blending and kneading an organic binder, a lubricant, a plasticizer, and water is used. The above-mentioned material is used as the sealing material layer paste 18.
[0047]
Next, the ceramic raw material slurry is put into an extruder and continuously extruded through a mold. Thereafter, the extruded honeycomb formed body is cut into equal lengths to obtain a rectangular pillar-shaped honeycomb formed body cut piece. Further, a predetermined amount of sealing paste is filled into one side opening of each cell of the cut piece, and both end faces of each cut piece are sealed.
[0048]
Subsequently, degreasing and firing are performed by setting the temperature and time to the conventionally known conditions, and the honeycomb molded body cut piece and the sealing body 14 are completely sintered to make a prismatic porous cordierite sintered body. The columnar member 22a is obtained.
(Adhesion process)
Next, after forming a base layer made of a ceramic material on the outer peripheral surface of the columnar member 22a as necessary, the sealing material layer paste 18 is further applied thereon. Then, twelve columnar members 22 a are arranged outside the filter core member 21, and the outer peripheral surface of each columnar member 22 a is bonded to the outer peripheral surface of the filter core member 21 in this state. As a result, a filter adhesion structure M composed of the filter core member 21 and the columnar member 22a is obtained. As shown in FIGS. 4A and 4B, at this time, the filter adhesive structure M still has a square cross-sectional shape as a whole.
(Outline cutting process)
In the subsequent outer shape cutting step, the filter bonded structure M having a square section obtained through the bonding step is ground, and unnecessary portions on the outer peripheral portion are removed to adjust the outer shape. Specifically, a part of each columnar member 22a arranged so as to surround the entire outer periphery of the filter core member 21 is removed by grinding in a curved manner. As a result, a filter adhesion structure M having a circular cross section as shown in FIG. 4C is obtained. By passing through this process, each columnar member 22a becomes the low heat conductive member 22 which has an atypical cross section. The sealing material layer paste 18 is applied to the entire surface newly exposed by the outer shape cut. Thereby, the outer peripheral coat layer 16 is formed on the entire outer peripheral surface of the filter adhesive structure M, and the ceramic filter assembly 9 is completed.
[0049]
Next, the operation of the ceramic filter assembly 9 will be briefly described.
Exhaust gas is supplied to the ceramic filter assembly 9 housed in the casing 8 from the upstream end face 9a side. The exhaust gas supplied through the first exhaust pipe 6 first flows into a cell opened at the upstream end face 9a. In this case, the exhaust gas enters both the cells of the honeycomb filter F1 and the cells of the low heat conduction member 22. Next, the exhaust gas passes through the cell wall 13 and reaches the inside of the cell adjacent to the cell wall 13, that is, the cell opened at the downstream end face 9b. Then, the exhaust gas flows out from the downstream end face 9b through the opening of the cell. However, the fine particles contained in the exhaust gas cannot pass through the cell wall 13 and are trapped there. As a result, the purified exhaust gas is discharged from the downstream end face 9b. The purified exhaust gas further passes through the second exhaust pipe 7 and is finally released into the atmosphere.
[0050]
When fine particles accumulate to some extent, a heater (not shown) is turned on to heat the assembly 9 and burn and remove the fine particles. In the case of this type of exhaust gas purification device 1, the central portion of the assembly 9 is first heated higher than the outer peripheral portion due to the structure. That is, the filter core member 21 has a higher temperature first than the low heat conductive member 22. Therefore, heat moves from the filter core member 21 side which is the high temperature side to the low heat conduction member 22 side which is the low temperature side. However, the low heat conducting member 22 is in contact with the casing 8 through the heat insulating material 10, and the heat tends to escape to the casing 8 side located outside. In the present embodiment, the low thermal conductive member 22 is arranged, so that the outer peripheral portion of the assembly 9 is less likely to conduct heat compared to the central portion. Therefore, the heat insulating effect at the outer peripheral portion of the assembly 9 is enhanced, and heat is less likely to escape from the outer peripheral surface of the assembly 9 to the casing 8 side. As a result, the temperature difference in the assembly 9 is eliminated. From the above, the reproduction of the assembly 9 is performed reliably.
[0051]
Next, examples and comparative examples embodying the present embodiment will be introduced.
[0052]
[Examples and Comparative Examples]
(Production of Examples)
(1) Wet-mixing 51.5% by weight of α-type silicon carbide powder and 22% by weight of β-type silicon carbide powder, and adding 6.5% by weight and 20% of organic binder (methyl cellulose) and water to the resulting mixture, respectively. It added and knead | mixed by weight%. Next, by adding a small amount of a plasticizer and a lubricant to the kneaded product and further kneading, extrusion-molding was performed to obtain a honeycomb-shaped formed shape. Next, after this generated shaped body was dried using a microwave dryer, the through hole 12 of the molded body was sealed with a sealing paste made of a porous silicon carbide sintered body. Next, the sealing paste was dried again using a dryer. Following the end face sealing step, the dried body was degreased at 400 ° C., and further calcined in a normal pressure argon atmosphere, followed by main firing at 2200 ° C. for about 3 hours. As a result, a square pillar-shaped porous silicon carbide honeycomb filter F1 (33 mm × 33 mm × 167 mm) was obtained. The honeycomb filter F1 has a thermal conductivity of 73 W / m · K (RT), 30 W / m · K (500 ° C.), and a Vickers hardness of 2000 kg / mm.²The three-point bending strength was 50 MPa and the Young's modulus was 48 GPa.
[0053]
Then, 23.3% by weight of ceramic fiber, 30.2% by weight of silicon carbide powder having an average particle size of 0.3 μm, silica sol as an inorganic binder (sol SiO 2₂The equivalent amount was 30%) and 7% by weight, 0.5% by weight of carboxymethyl cellulose as an organic binder and 39% by weight of water were mixed and kneaded. The ceramic fiber is an alumina silicate ceramic fiber having a shot content of 3% and a fiber length of 10 μm to 3000 μm. By adjusting the kneaded product to an appropriate viscosity, a sealing material layer paste 18 was produced. After such a paste for sealing material layer 18 was uniformly applied to the outer peripheral surface of the honeycomb filter F1, the outer peripheral surfaces of the honeycomb filter F1 were brought into close contact with each other. In this state, drying was performed at 50 ° C. to 100 ° C. for 1 hour to cure the ceramic sealing material layer 15 and integrate the honeycomb filters F1 to obtain a desired filter core member 21.
[0054]
(2) A raw material composed of kaolin (15% by weight), alumina (23% by weight), and talc (38% by weight) was pulverized to adjust the particle size, and the mixture was mixed with an organic binder (9% by weight) and water (15% by weight). %) And kneaded well. Next, by adding a small amount of a plasticizer and a lubricant to the kneaded product and further kneading, extrusion-molding was performed to obtain a honeycomb-shaped formed shape. Next, after this generated shaped body was dried using a microwave dryer, the through-holes 12 of the molded body were sealed with a sealing cord made of porous cordierite. Next, the sealing paste was dried again using a dryer. Following the end face sealing step, the dried body was degreased, pre-baked, and main-baked under conventionally known conditions. As a result, a square columnar porous cordierite columnar member 22a (33 mm × 33 mm × 167 mm) was obtained. The columnar member 22a has a thermal conductivity of 2 W / m · K (RT), 1 W / m · K (700 ° C.), and a Vickers hardness of 1200 kg / mm.²The three-point bending strength was 2.8 MPa, and the Young's modulus was 30 GPa.
[0055]
(3) Next, the sealing material layer paste 18 is applied to the outer peripheral surfaces of the twelve columnar members 22a, and these are disposed outside the filter core member 21. In this state, the outer peripheral surfaces of the columnar members 22a Was bonded to the outer peripheral surface of the filter core member 21. Similarly, the outer peripheral surfaces of the columnar members 22a were also bonded at this time. In this state, drying was performed at 50 ° C. to 100 ° C. × 1 hour to cure the ceramic sealing material layer 15 to obtain a filter adhesive structure M composed of the filter core member 21 and the columnar member 22a.
(Outline cutting process)
In the subsequent outer shape cutting step, the filter bonding structure M having a square cross section obtained through the bonding step was ground to produce a filter bonding structure M having a circular cross section as a whole. Thereafter, the sealing material layer paste 18 was uniformly applied to the entire exposed outer peripheral surface. Then, the outer peripheral coat layer 16 having a thickness of 1.0 mm is formed by drying and curing under conditions of 50 ° C. to 150 ° C. × 1 hour, and finally the ceramic filter assembly 9 (diameter 135 mm × length) of the example. 167 mm) was completed. The grinding process was performed using a diamond cutter.
(Production of comparative example)
In the comparative example, the ceramic filter assembly 9 having the same shape and the same size was basically completed according to the manufacturing conditions of the example. However, all 16 honeycomb filters F1 made of a porous silicon carbide sintered body were used.
(Method and result of evaluation test)
Thermocouples were embedded at three locations, the central portion (position indicated by P1 in FIG. 2) and the outer peripheral portion (positions indicated by P2 and P3 in FIG. 2) of the assembly 9. Thereafter, the heat insulating material 10 wound around the assembly 9 was accommodated in the casing 8. In this state, exhaust gas was actually supplied. Further, after a predetermined time had elapsed, the heater was heated for regeneration, and the maximum temperatures Ta, Tb, and Tc (° C.) during regeneration were measured by the thermocouple. The maximum temperature difference (ΔT (° C.)) was determined.
[0056]
As a result, in the example, the maximum temperature difference ΔT was at most about 50 ° C. and not so large, and no damage to the assembly 9 due to thermal shock was observed. Further, after the regeneration was completed, the assembly 9 was removed, the assembly 9 was cut along the axial direction, and the cut surface was observed with the naked eye. As a result, no soot residue was observed in the central portion or the outer peripheral portion. . Therefore, it was demonstrated that efficient regeneration was performed in the examples.
[0057]
On the other hand, in the comparative example, the temperature difference ΔT was 100 ° C., which was a considerably large value compared to the example. Therefore, it was suggested that the assembly 9 is easily damaged by thermal shock. Further, when the cut surface of the assembly 9 was observed with the naked eye after the regeneration was completed, soot residue was found on the outer periphery. Therefore, it was demonstrated that efficient regeneration was not performed in the comparative example.
[0058]
In addition, the tendency of the soot burning rate to be higher in the example was recognized, and therefore the time required for regeneration was shorter in the example.
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0059]
(1) In this embodiment, by arranging the low heat conductive member 22 as described above, the heat insulating effect at the outer peripheral portion of the assembly 9 is enhanced, and heat is less likely to escape from the outer peripheral surface of the assembly 9 to the casing 8 side. . As a result, the temperature of the outer peripheral portion of the assembly 9 is likely to rise, and the temperature difference from the central portion of the assembly 9 is reduced. That is, when the assembly 9 is uniformly heated, it is difficult for large stress to be generated inside, and damage to the assembly 9 due to thermal shock can be prevented. In addition, as a result of achieving uniform heating of the assembly 9, soot residue remaining in the outer peripheral portion of the assembly 9 is eliminated, and the regeneration efficiency is also reliably improved.
[0060]
(2) In this ceramic filter assembly 9, a ceramic porous body is used as the low thermal conductive member 22. The porous body has an advantage that it has a large specific surface area and functions as a part of the filter itself. For this reason, even if it does not entail the enlargement of the filter core member 21, predetermined filtration capability can be maintained. Further, since the ceramic material is generally resistant to heat and can sufficiently withstand the temperature of the exhaust gas, the heat resistance of the assembly 9 is not impaired even when used for a long time.
[0061]
(3) The low thermal conductive member 22 in the aggregate 9 is a honeycomb structure in which the ends of many cells extending along the axial direction are alternately sealed. Therefore, by constructing the aggregate 9 using this, the filtration capacity of the aggregate 9 can be reliably maintained at a high level. Moreover, an increase in pressure loss can be avoided.
[0062]
(4) The low heat conductive member 22 in the aggregate 9 is made of porous cordierite. Porous cordierite is not as hard and inexpensive as a non-oxide ceramic porous body mainly composed of silicon carbide. Further, by using a material that is extremely suitable as a material for forming such a low heat conductive member 22, it is possible to reliably achieve cost reduction and easy manufacture of the low heat conductive member 22.
[0063]
(5) In this assembly 9, the filter core member 21 and each low heat conductive member 22 are bonded to each other by the ceramic sealing material layer 15. Therefore, for example, unlike a case of bonding using a normal resin adhesive, high adhesive strength can be maintained even when exposed to the heat of exhaust gas. Therefore, no crack is generated at the interface between the filter core member 21 and each low heat conductive member 22, and the sealing performance at the interface is prevented from being deteriorated.
[0064]
(6) In this embodiment, after the columnar member 22a is disposed outside the filter core member 21 and bonded with the ceramic sealing material layer 15, a part of the columnar member 22a is removed to adjust the overall outer shape. Thus, the assembly 9 is manufactured. Since the columnar member 22a to be the low thermal conductive member 22 is made of a ceramic material having relatively low hardness, a part of the columnar member 22a can be removed without difficulty by cutting, and the whole can be adjusted to a desired outer shape. Therefore, according to this manufacturing method, the assembly 9 can be manufactured relatively easily and at low cost.
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the points different from the first embodiment will be mainly described, and the common points are only given the same member numbers, and the description thereof will be omitted.
[0065]
In the first embodiment, the assembly 9 is configured by using one type of low thermal conductive member 22, whereas in this embodiment, the assembly 9 is configured by using two types of low thermal conductive members 22 and 23 having different thermal conductivities. Is configured.
[0066]
The first low thermal conductive member 22 is made of a ceramic material having a lower thermal conductivity than the ceramic porous body constituting the filter core member 21. The first low thermal conductive member 22 is bonded to the outer peripheral surface of the filter core member 21 via the ceramic sealing material layer 15 in a state of being disposed outside the side portion of the filter core member 21. In the present embodiment, as the first low heat conductive member 22, the same “low heat conductive member 22” described in the first embodiment is used to constitute the assembly 9.
[0067]
The second low thermal conductive member 23 is made of a ceramic material having a lower thermal conductivity than that of the ceramic material constituting the first low thermal conductive member 22, and is specifically 0.01 W / m · K (RT) to 1 W. / M · K ceramic material. Further, the Vickers hardness, the three-point bending strength, and the Young's modulus of the ceramic material constituting the second low thermal conductive member 23 are preferably the same as those in the first embodiment.
[0068]
The second low heat conductive member 23 is disposed outside the corner portion of the filter core member 21 and is bonded to the outer peripheral surface of the adjacent first low heat conductive member 22 via the ceramic sealing material layer 15. . In the present embodiment, the assembly 9 is configured by using four second low thermal conductive members 23.
[0069]
Here, the chemical composition of the second low thermal conductive member 23 may be different from or equal to the chemical composition of the first low thermal conductive member 22. When the same kind of ceramic material (both porous cordierite in the present embodiment) is selected as the first low thermal conductive member 22 and the second low thermal conductive member 23, a method of making the thermal conductivity of both different will be described below. Enumerate. For example, the porosity of the first low heat conductive member 22 is set to a value larger than that of the second low heat conductive member 23. The pore diameter of the first low heat conductive member 22 is set to a value larger than that of the second low heat conductive member 23. The density of the first low heat conductive member 22 is set to a value larger than that of the second low heat conductive member 23. The cell wall of the first low heat conductive member 22 is set thicker than that of the second low heat conductive member 23.
[0070]
Next, a method for manufacturing the assembly 9 will be described.
Basically, eight honeycomb filters F1 are produced according to the procedure of the first embodiment, and these are bonded and integrated with the ceramic sealing material layer 15. A plurality of two types of columnar members 22a and 23a having different thermal conductivities are prepared. In this case, in order to manufacture one assembly 9, eight columnar members 22a having a relatively high thermal conductivity are required, and four columnar members 23a having a relatively low thermal conductivity are required. (See FIG. 5 (a)).
[0071]
And the said sealing material layer paste 18 is apply | coated to the outer peripheral surface of each columnar member 22a, 23a, and the columnar member 22a used as the 1st low heat conductive member 22 is arrange | positioned on the outer side of the filter core member 21 side. In addition, the columnar member 23 a serving as the second low thermal conductive member 23 is disposed outside the side portion of the filter core member 21. In this state, the outer peripheral surfaces of the filter core member 21 and the columnar members 22a and 23a are bonded to each other via the ceramic sealing material layer 15, and predetermined drying is performed. As a result, a filter adhesion structure M as shown in FIG. Further, the filter adhesive structure M is cut into an outer shape to form a ceramic filter assembly 9 having a circular cross section.
[0072]
Now, in the case of the assembly 9 having a circular cross section shown in FIG. 5C, the outer corner portion of the filter core member 21 is usually thinner than the outer side portion of the filter core member 21. That is, the heat transfer path is shorter at the corner outer portion of the filter core member 21, and heat easily escapes to the casing 8 side from there. In the present embodiment, the thermal conductivity of the outer corner portion of the filter core member 21 is further lower than the thermal conductivity of the outer side portion of the filter core member 21. Therefore, the heat insulation effect can be improved more reliably. Therefore, it is possible to realize the ceramic filter assembly 9 that is further excellent in strength and regeneration efficiency.
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). Here, the points different from the first embodiment will be mainly described, and the common points are only given the same member numbers, and the description thereof will be omitted.
[0073]
In the present embodiment, as a result, a manufacturing method different from that in the first embodiment is performed in order to obtain the assembly 9 that is substantially the same as that in the first embodiment. Here, it is characterized in that the low-heat conductive member 22 having a desired shape is not cut by cutting the outer shape after the bonding step, but the low-heat conductive members 24 and 25 having a desired shape are prepared in advance and then the bonding step is performed. In this embodiment, two types of low heat conductive members 24 and 25 having different cross-sectional areas and cross-sectional shapes are prepared.
[0074]
As for the said low heat conductive members 24 and 25 produced previously, one outer peripheral surface is a convex curved surface. This convex curved surface will constitute a part of the outer peripheral surface of the assembly 9 later. The low heat conductive members 24 and 25 are made of a ceramic material having a lower thermal conductivity than the porous ceramic body constituting the filter core member 21, in this embodiment, porous cordierite.
[0075]
In the bonding step, the sealing material layer paste 18 is applied to a surface other than the convex curved surface of the low thermal conductive members 24, 25, and the low thermal conductive members 24, 25 are arranged with the convex curved surface facing outward. In such a state, the outer peripheral surfaces of the filter core member 21 and the low heat conductive members 24 and 25 are bonded to each other via the ceramic sealing material layer 15 and predetermined drying is performed. As a result, a ceramic filter assembly 9 having a circular cross section as shown in FIG. 6B is obtained.
[0076]
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the ceramic filter aggregate 9 having a desired shape can be obtained without going through the outer shape cutting step by cutting. Therefore, the entire manufacturing process is simplified by the absence of the outer shape cutting process, and the assembly 9 can be manufactured relatively easily and at low cost. In addition, there is an advantage that there is no worry of soiling the surroundings because no cutting waste is produced during production.
[0077]
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
In addition to grinding the entire shape of the assembly 9 into a circular cross section by the outer shape cutting step, for example, it may be ground into a shape other than the circular cross section as follows. FIG. 7 (c) shows an assembly 9 formed into a substantially rice ball cross-section after grinding. FIG. 8C shows an assembly 9 formed into a substantially oval cross-section (cross-section cross-section) after grinding. Of course, the cross-sectional shape of the assembly 9 may be substantially elliptical.
[0078]
-The low heat conductive member 22 does not necessarily need to be arrange | positioned so that the whole outer side of the filter core member 21 may be surrounded completely, and only a part of the outer side like the other examples of Fig.8 (a)-(c). It may be arranged.
[0079]
The cross-sectional shape of the filter core member 21 is not limited to the rectangular shape in the cross section as in each of the above-described embodiments. For example, the filter core member 21 has a non-rectangular shape (for example, as shown in FIGS. 8A to 8C). (Substantially cross-shaped).
[0080]
The low heat conductive member 22 may be disposed only once around the outer side of the filter core member 21 (that is, disposed only on the outermost periphery) or may be disposed two or more times.
In place of the low thermal conductive member 22 made of a ceramic material as in each embodiment, a low thermal conductive member made of, for example, metal (particularly, porous metal) may be employed.
[0081]
-As a material of the low heat conductive member 22, it is not limited only to the porous body which consists of inorganic materials, You may use the aggregate of an inorganic fiber etc.
The columnar honeycomb filter F1 constituting the filter core member 21 is not limited to a square section, and may be, for example, a rectangular section, a hexagonal section, or the like.
[0082]
Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1) The honeycomb filters are integrated by bundling the outer peripheral surfaces of a plurality of rectangular columnar honeycomb filters made of a porous silicon carbide sintered body via ceramic sealing material layers containing silicon carbide. The filter core member is composed of a porous cordierite columnar honeycomb structure in which the ends of a large number of cells extending along the axial direction are alternately sealed, and is disposed outside the filter core member. A ceramic filter assembly comprising a plurality of low thermal conductive members bound to the outer peripheral surface of the filter core member through a ceramic sealing material layer containing silicon carbide.
[0083]
【The invention's effect】
  As detailed above, claims 1 to6According to the invention described in (1), it is possible to provide a ceramic filter assembly excellent in strength and regeneration efficiency.
[0084]
  Especially claims4,5According to the invention described in (1), it is possible to provide a ceramic filter assembly that is easy to manufacture and relatively inexpensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an exhaust gas purifying apparatus according to a first embodiment embodying the present invention.
FIG. 2 is a front view of a ceramic filter assembly used in the exhaust gas purification apparatus of the first embodiment.
FIG. 3 is a sectional view of the ceramic filter assembly according to the first embodiment in use.
FIGS. 4A to 4C are schematic views for explaining a manufacturing procedure of the ceramic filter assembly of the first embodiment. FIGS.
FIGS. 5A to 5C are schematic views for explaining a manufacturing procedure of the ceramic filter assembly of the second embodiment. FIGS.
6A and 6B are schematic views for explaining a manufacturing procedure of the ceramic filter assembly of the third embodiment.
7A to 7C are schematic views for explaining a manufacturing procedure of another example of a ceramic filter assembly.
FIGS. 8A to 8C are schematic views for explaining a manufacturing procedure of another example of a ceramic filter assembly. FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Ceramic filter aggregate | assembly, 15 ... Ceramic sealing material layer, 21 ... Filter core member, 22, 23, 24, 25 ... Low heat conductive member, 22a, 23a ... Columnar member, F1 ... Square columnar honeycomb filter.

Claims

By binding the outer peripheral surfaces of a plurality of columnar honeycomb filters made of a non-oxide ceramic porous body mainly composed of silicon carbide via a ceramic sealing material layer, the honeycomb filters are integrated into a prismatic shape. Filter core member formed,
The ceramic sealing material layer is formed on the outer peripheral surface of the filter core member in a state that the filter core member is made of a ceramic material having a lower thermal conductivity than the ceramic porous body constituting the filter core member, and is disposed on the outer side of the filter core member. A first low thermal conductive member bound through
It is made of a ceramic material having a thermal conductivity lower than that of the ceramic material constituting the first low heat conductive member, and is arranged outside the corner portion of the filter core member, and is adjacent to the outer periphery of the adjacent first low heat conductive member. A second low thermal conductive member bound to the surface through a ceramic sealing material layer;
A ceramic filter assembly comprising:

2. The ceramic filter assembly according to claim 1, wherein the first low thermal conductive member and the second low thermal conductive member are ceramic porous bodies.

The said 1st low heat conductive member and the 2nd low heat conductive member are honeycomb structures with which the edge part of many cells extended along an axial direction was sealed alternately. Ceramic filter assembly.

The said 1st low heat conductive member and the 2nd low heat conductive member consist of a ceramic material whose hardness is lower than the ceramic porous body which comprises the said filter core member, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The ceramic filter assembly according to Item.

5. The ceramic filter assembly according to claim 4, wherein the first low heat conductive member and the second low heat conductive member are made of porous cordierite.

The ceramic filter assembly according to any one of claims 1 to 5, wherein the ceramic filter assembly has a circular cross section or an elliptical cross section.