JP4874812B2 - フィルタ及びフィルタ集合体 - Google Patents

Description

本発明は、フィルタ及びフィルタ集合体に関する。

従来、フィルタとしては、気孔分布に基づいて貫通孔同士の間の壁部の厚さを工夫したものが提案されている。例えば、特開２００１−２６９５２２号公報に記載されたフィルタは、気孔径が３０μｍ以上の気孔容積の全気孔容積に対する割合をＰ１、壁厚をＴとしたときに、Ｐ１が１０％のときには壁厚Ｔを１００μｍ以上とし、Ｐ１が３０％のときには壁厚Ｔを３００μｍ以上とする、つまりＰ１×１０≦Ｔを満たすものである。また、気孔径が３μｍ未満の気孔容積の全気孔容積に対する割合をＰ３、壁厚をＴとしたときに、Ｐ３が１０％のときには壁厚Ｔを１５０μｍ以下とし、Ｐ３が３０％であるときには壁厚Ｔを５０μｍ以下とする、つまり（１／Ｐ３）×１５００≧Ｔを満たすものである。このように、フィルタに大きい気孔径の気孔容積が多く存在するときには壁厚を厚くすることにより粒状物質の捕集効率を高め、一方、小さい気孔径の気孔容積が多く存在するときには壁厚を薄くすることにより圧力損失を小さくする。

しかしながら、この公報に記載されたフィルタでは、大きな気孔径の気孔容積が多いフィルタを作製する場合にＰ１×１０≦Ｔを満たすように壁厚を厚くしたときには、圧力損失が高くなってしまうことがあった。また、小さい気孔径の気孔容積が多いフィルタを作製する場合に（１／Ｐ３）×１５００≧Ｔを満たすように壁厚を薄くしたときには、粒状物質の捕集効率が低下してしまうことがあった。また、気体の流通には開口率なども影響するため、壁厚を調節するだけでは十分に圧力損失の低減と粒状物質の捕集を両立することができないことがあった。
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、圧力損失を低減すると共に粒状物質を十分に捕集することができるフィルタ及びフィルタ集合体を提供することを目的とする。
本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
すなわち、本発明のフィルタは、
複数の貫通孔を有するフィルタであって、
前記貫通孔同士の間の壁部の全気孔容積に対する気孔径１０μｍ以下の気孔の占める割合をＡ（％）、該壁部の全気孔容積に対する気孔径３０μｍ以上の気孔の占める割合をＢ（％）、前記貫通孔に対して直交する面の開口率をＣ（％）としたとき２．５×Ａ／Ｂ＋５２．５≦Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋６０．２（Ａ≦２０，０＜Ｂ≦２０）を満たすものである。
一般に、この種のフィルタでは、貫通孔は流体（例えば気体や液体など）の流入側又は流出側の端部のいずれかが封止されていることがあり、これらの貫通孔同士を隔てる壁部がフィルタとして機能する。即ち、貫通孔に流入した流体は、壁部を通過したあと他の貫通孔から流出する。このときに、例えば流体に含まれる粒状物質などを壁部により除去する。ここで、圧力損失は、フィルタに流体が流入・流出する際の抵抗や、壁部を通過する際の抵抗により変化するため、フィルタの開口率や壁部の気孔分布などにより影響されることが考えられる。また、粒状物質の捕集効率は、粒状物質の壁部の通り抜けにくさなどにより変化するため、フィルタの開口率や壁部の気孔分布などにより影響されることが考えられる。本発明者らは、フィルタの開口率と、壁部の気孔分布としての全気孔容積に対する所定の気孔径の気孔の占める割合との関係に着目し、鋭意研究した結果、壁部の全気孔容積に対する気孔径１０μｍ以下の気孔の占める割合をＡ（％）、該壁部の全気孔容積に対する気孔径３０μｍ以上の気孔の占める割合をＢ（％）、前記貫通孔に対して直交する面の開口率をＣ（％）としたとき２．５×Ａ／Ｂ＋５２．５≦Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋６０．２（Ａ≦２０，０＜Ｂ≦２０）を充足すると圧力損失を低減すると共に粒状物質を十分に捕集することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明のフィルタは、
複数の貫通孔を有するフィルタであって、
前記貫通孔同士の間の壁部には触媒が担持されており、
前記壁部の全気孔容積に対する気孔径１０μｍ以下の気孔の占める割合をＡ（％）、該壁部の全気孔容積に対する気孔径３０μｍ以上の気孔の占める割合をＢ（％）、前記貫通孔に対して直交する面の開口率をＣ（％）としたとき２．５×Ａ／Ｂ＋５２．５≦Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋６０．２（Ａ≦２０，０＜Ｂ≦２０）を満たすものとしてもよい。
このフィルタによっても、触媒が担持されたあとに上述の式を満たすため、圧力損失を低減すると共に粒状物質を十分に捕集することができる。ここで、触媒としては、排ガスに含まれる粒状物質の燃焼を助けるものや排ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘなどを浄化するもの、例えば貴金属やアルカリ金属やアルカリ土類金属などであってもよいし、酸化物などであってもよい。貴金属としては、例えば白金、パラジウム及びロジウムなどから選ばれる１種以上が挙げられ、アルカリ金属としては、例えばナトリウム及びカリウムなどから選ばれる１種以上が挙げられ、アルカリ土類金属としては、例えばマグネシウムやバリウムなどから選ばれる１種以上が挙げられる。また、酸化物としては、例えばペロブスカイト構造を有するもの（ＬａＣｏＯ_３，ＬａＭｎＯ_３など）及びＣｅＯ_２などから選ばれる１種以上が挙げられる。ペロブスカイト構造を有する酸化物としては、例えばペロブスカイト構造（一般式ＡＢＯ_３）のＡサイトがＬａ、Ｙ及びＣｅなどから選ばれる１種以上の元素であり、このうちＬａが好ましく、一般式のＢサイトがＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎなどから選ばれる１種又は２種以上の元素であるものなどが挙げられる。なお、Ｌａ_０．７５Ｋ_０．２５ＣｏＯ_３などのようにＡサイトの元素の一部をＫ、Ｓｒ及びＡｇなどに置換してもよい。
本発明のフィルタにおいて、更に、２．５×Ａ／Ｂ＋５５．５≦Ｃを満たすことが好ましい。こうすれば、圧力損失を一層低減することができる。
本発明のフィルタにおいて、更に、Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋５８．０を満たすことが好ましい。こうすれば、粒状物質の捕集効率を一層向上することができる。
本発明のフィルタにおいて、前記開口率が５８％以上であることが好ましい。開口率が５８％未満では、圧力損失が比較的大きくなることがあるからである。
本発明のフィルタにおいて、前記開口率が７５％以下であることが好ましい。開口率が７５％を超えると、壁を構成する基材が少なくなり強度が低くなることがあるからである。
本発明のフィルタにおいて、前記貫通孔同士の間の壁厚が０．１５〜０．４０ｍｍであることが好ましい。壁厚が０．１５ｍｍ未満では強度が低くなってしまうことがあり、０．４０ｍｍを超えると、排ガスが壁を通過しにくくなるため圧力損失が高くなることがあるからである。
本発明のフィルタにおいて、セル密度が３１〜７８個／ｃｍ^２であることが好ましい。セル密度が３１個／ｃｍ^２未満では、排ガスが通過又は接触する壁の面積（ろ過面積）が小さくなることがあり、７８個／ｃｍ^２を超えると、圧力損失が高くなることがあるからである。
本発明のフィルタは、例えば炭化珪素、窒化珪素、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、ムライト、コージェライト及びチタン酸アルミニウムから選ばれる１種以上を主成分とすることが好ましく、これらのうち、炭化珪素がより好ましい。炭化珪素は、熱伝導率など排ガス中の粒状物質を捕集・燃焼するフィルタとして好ましい性質を持っているからである。
本発明のフィルタ集合体は、２以上のフィルタ（上述したいずれかのフィルタ）が前記貫通孔の開口していない外面でシール材層を介して接合されたものである。
このフィルタ集合体では、熱衝撃や振動に対する強度を高めることができる。その理由は、フィルタの外周にシール材層が存在するため、熱衝撃や振動をシール材層によって緩和可能となるためであると推察される。

図１は、本実施形態のハニカムフィルタ１０の説明図である。
図２は、Ａ／Ｂ値と開口率との好適範囲を表す図である。
図３は、本実施形態のハニカムフィルタ３０の説明図である。
図４は、本実施形態のハニカムフィルタ２０の説明図である。
図５は、圧力損失測定装置４０の説明図である。
図６は、排ガス浄化測定装置６０の説明図である。
図７は、Ａ／Ｂ値と開口率との関係を表す図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。
まず、本実施形態のフィルタについて説明する。図１は、本実施形態のハニカムフィルタ１０の説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。このハニカムフィルタ１０は、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒状物質（以下ＰＭと称する）をろ過し燃焼浄化する機能を持つディーゼル・パティキュレート・フィルタとして構成されている。このハニカムフィルタ１０は、長手方向に沿って並列する複数の貫通孔１２を有している。この貫通孔１２の端面は、目封じ部１４により交互に目封じされている。したがって、このハニカムフィルタ１０では、貫通孔１２の入口から流入した排ガスが隣の貫通孔１２に壁部１５を通過して流通し、このとき排ガスに含まれるＰＭがハニカムフィルタ１０の壁部１５により捕集される。また、ハニカムフィルタ１０の壁部１５には、触媒担体をコートしたコート層が形成されており、このコート層に触媒が担持されている。
このハニカムフィルタ１０は、壁部１５の全気孔容積に対する気孔径１０μｍ以下の気孔の占める割合をＡ％（以下、割合Ａとする）、壁部１５の全気孔容積に対する気孔径３０μｍ以上の気孔の占める割合をＢ％（以下、割合Ｂとする）、貫通孔１２に対して直交するハニカムフィルタ１０の面の開口率をＣ％（以下、開口率Ｃとする）としたとき２．５×Ａ／Ｂ＋５２．５≦Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋６０．２（Ａ≦２０，０＜Ｂ≦２０）；式（１）を充足している。ここで、開口率Ｃは、目封じ部１４が形成されていない面（図１（ｂ）におけるＹ−Ｙ断面）の開口率をいう。また、開口率とは、ハニカムフィルタの断面において、ハニカムフィルタの断面積に対して貫通孔の面積の総和が占める割合のことをいう。図２に、割合Ａと割合Ｂとの比であるＡ／Ｂ値と開口率Ｃとの好適範囲を示す。このハニカムフィルタ１０は、触媒が担持されたあとで式（１）を充足している。なお、触媒を担持することなく用いる場合は、触媒を担持しない状態で式（１）を充足することが必要である。また、ハニカムフィルタ１０は、２．５×Ａ／Ｂ＋５５．５≦Ｃ；式（２）を満たすことが好ましい。この範囲では、圧力損失を一層低減させることができる。また、ハニカムフィルタ１０は、Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋５８．０；式（３）を満たすことが好ましい。この範囲では、ＰＭの捕集効率を一層向上することができる。この開口率Ｃは、５８〜７５％であることが好ましい。開口率が５８％未満では、圧力損失が比較的大きくなることがあり、開口率が７５％を超えると基材が少なくなり、強度が低下するおそれがあるためである。
このハニカムフィルタ１０の気孔率は、３０〜８０％であることが好ましく、４０〜６０％であることが好ましい。気孔率が３０％未満では、圧力損失が高くなるおそれがあり、気孔率が８０％を超えると強度が低くなるおそれがある。このハニカムフィルタ１０では、割合Ａは、２０％以下に形成されている。この割合が２０％を超えると、気孔径の小さな気孔容積の割合が大きくなり、圧力損失が大きくなるおそれがあり好ましくない。また、割合Ｂは、０〜２０％（但しゼロは含まず）の範囲で形成されている。この割合が２０％を超えると、気孔径の大きな気孔容積の割合が多くなり、ＰＭの捕集効率が小さくなるおそれがあり好ましくない。つまり、圧力損失を小さくすると共にＰＭの捕集効率を大きくするためには、気孔径が１０〜３０μｍの範囲の気孔容積の割合が６０％以上あることが好ましい。また、Ａ／Ｂ値は、０〜１０（但しゼロは含まず）であることが好ましく、３以下であることがより好ましい。また、ハニカムフィルタ１０の平均気孔径は、１０〜３０μｍであることが好ましい。
ハニカムフィルタ１０に形成される貫通孔１２同士の間の壁部１５の厚さ（壁厚）は、０．１５〜０．４ｍｍの範囲が好ましい。壁厚が０．１５ｍｍ未満では強度が低くなることがあり、０．４ｍｍを超えると、排ガスが壁部１５を通過しにくくなり圧力損失が大きくなることがあるためである。また、単位断面積あたりの貫通孔１２の数（セル密度）は、３１〜７８個／ｃｍ^２（２００〜５００ｃｐｓｉ）が好ましい。貫通孔の数が３１個／ｃｍ^２未満では、ろ過面積が小さくなり、７８個／ｃｍ^２を超えると、圧力損失も高くなるし、ハニカムフィルタ３０の作製が困難になるためである。なお、貫通孔１２の形状は、矩形であってもよいし、三角形や六角形であってもよい。
ハニカムフィルタ１０は、炭化珪素を主成分としてに形成されている。なお、例えば窒化珪素、アルミナ、シリカ、ジルコニア、コージェライト、ムライト又はチタン酸アルミニウムなどを主成分としてハニカムフィルタ１０を作製してもよい。
また、ハニカムフィルタ１０は、貴金属である白金が触媒として担持されている。触媒の担持量は、ハニカムフィルタ１０の単位体積当たりの触媒の重量が０．１〜８ｇ／Ｌであることが好ましい。なお、ハニカムフィルタ１０に触媒を担持せずにＰＭの捕集に用いてもよい。
次に、本発明のハニカムフィルタ１０の製造方法について各工程別に説明する。ここでは、炭化珪素を主成分としてハニカムフィルタ１０を製造する方法について説明する。この炭化珪素は、所定の平均粒径である粗粒子（以下粗粒炭化珪素と称する）と所定の平均粒径よりも小さい平均粒径である微細粒子（以下微粒炭化珪素と称する）とを混合したものを用いる。なお、微粒炭化珪素は、粗粒炭化珪素と結晶形態の異なるものを用いてもよい。
本明細書で平均粒径とは、ＭＡＬＶＥＲＮ製マスターサイザーマイクロを用いてレーザー回折散乱法により求めた値を言う。
（１）原料混合工程
ハニカムフィルタの原料に含まれる粗粒炭化珪素の平均粒径は、５〜１００μｍ（好ましくは５〜５０μｍ）の範囲のものを用いる。微粒炭化珪素の平均粒径は、０．１〜５μｍ（好ましくは０．１〜３μｍ）のものを用いる。粗粒炭化珪素の平均粒径は、微粒炭化珪素の平均粒径の５〜１００倍のものを用いる。原料の配合比としては、炭化珪素の全体に対して粗粒炭化珪素の量が６０〜８０重量％、微粒炭化珪素の量が２０〜４０重量％であることが好ましい。
次に、上述した粗粒炭化珪素及び微粒炭化珪素を混合したものの１００重量部に対し、造孔剤を２０重量部以下で混合してもよい。この造孔剤は、例えば酸化物系セラミックを主成分とする微少中空球体であるバルーンや、球状アクリル粒子、グラファイトなどから選ばれる１種以上の材料が挙げられる。ここで、酸化物のバルーンとしては、例えばアルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン及びムライトバルーンなどから選ばれる１種以上のバルーンを挙げることができる。なお、造孔剤の添加量（添加量をゼロとする場合も含む）は、得ようとするハニカムフィルタ１０の気孔率に合わせて適宜選択する。続いて、粗粒炭化珪素及び微粒炭化珪素を混合したものの１００重量部に対して水を１０〜３５重量部加えて混合し坏土とする。なお分散媒としては、水のほかに、例えば有機溶媒（ベンゼンなど）及びアルコール（メタノールなど）などを挙げることができる。この坏土には、これらのほかに有機バインダや成形助剤を成形性にあわせて適宜加えてもよい。有機バインダとしては、例えばメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂及びエポキシ樹脂から選ばれる１種以上の有機バインダが挙げられる。有機バインダの配合量は、粗粒炭化珪素及び微粒炭化珪素を混合したものの１００重量部に対して、１〜１２重量部が好ましい。成形助剤としては、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸及びポリアルコールを挙げることができる。この坏土は、例えばミキサーやアトライタなどを用いて混合してもよく、ニーダーなどで十分に混練してもよい。
（２）成形焼成工程
次に、原料混合工程で得られた粗粒炭化珪素及び微粒炭化珪素を含む坏土をハニカム形状に成形する。坏土を成型する方法は、押出成形、鋳込み成形及びプレス成形などによって行うことができるが、ここでは押出成形により行う。成形するハニカムフィルタの形状は、任意の形状、大きさとすることができ、例えば円柱状、角柱状又は楕円柱状としてもよい。ここでは、長手方向に沿って並列する複数の貫通孔が形成された角柱状になるように成形する。また、開口率、壁厚及びセル密度などは、使用される目的に合わせて上述した範囲で適宜選択すればよい。また、貫通孔１２の形状は、矩形であってもよいし、三角形や六角形であってもよい。ここで、Ａ／Ｂ値が小さいハニカムフィルタ１０を作製する場合は、大きい気孔が多くＰＭの捕集効率が低くなりやすいことから、上述の式（１）を満たす範囲で開口率Ｃを小さくすることが好ましい。開口率Ｃを小さくする方法としては、セル密度を大きくしたり、壁部１５の壁厚を厚くしたり、セル密度を大きくすると共に壁厚を厚くしたりする方法が挙げられる。一方、Ａ／Ｂ値が大きいハニカムフィルタ１０を作製する場合は、小さい気孔が多く排ガスが通過しにくくなりやすいことから、上述の式（１）を満たす範囲で開口率Ｃを大きくすることが好ましい。開口率Ｃを大きくする方法としては、セル密度を小さくしたり、壁厚を薄くしたり、セル密度を小さくすると共に壁厚を薄くしたりする方法が挙げられる。そして、得られた生の成形体を乾燥する。乾燥は、マイクロ波乾燥機や熱風乾燥機などを用いて１００〜２００℃程度の温度で行う。その後、複数の貫通孔１２のそれぞれにつき、片方の端面のみを上記坏土と同様の組成のペーストにより目封じ部１４を形成して目封じし再度乾燥する。具体的には複数の貫通孔１２につき、一方の端面が目封じされ他方の端面が開口された貫通孔１２と一方の端面が開口され他方の端面が目封じされた貫通孔１２とが交互に並ぶようにする。
次に、得られた生の成形体を焼成する。原料混合工程で有機バインダなどの有機成分を添加した場合は、焼成前に仮焼し、この有機成分を脱脂することが好ましい。仮焼条件としては、添加した有機成分の量や種類により適宜選択するが、例えば酸素雰囲気下３００〜６５０℃程度に加熱する。成形体の焼成は、例えば窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で１５００〜２３００℃（より好ましくは１９００〜２２００℃）の条件で行う。このようにして、炭化珪素からなるハニカム構造体（触媒を担持前のハニカムフィルタ１０をいう）を得る。
（３）触媒担持工程
続いて、得られたハニカム構造体に触媒として白金を担持する。この触媒は、触媒担体としてのアルミナをコートしたコート層を壁部１５に設けこのコート層に担持してもよい。担持方法としては、例えば含浸法などが挙げられる。なお、触媒が付与されたアルミナをハニカムフィルタ１０に担持してもよい。まず、コート層用スラリーを調製し、このスラリーにハニカム構造体を浸漬したのち、引き上げ、貫通孔１２などに残った余分なスラリーを吸引によって取り除く。そして、８０〜２００℃で乾燥させ５００〜７００℃で焼成しコート層を設ける。次に、触媒を含む溶液にハニカム構造体を浸潰したのち乾燥し、５００〜７００℃で焼成する工程を行い、白金を担持したハニカムフィルタ１０を得る。触媒の担持量は、使用目的により適宜選択すればよいが、ここでは、ハニカムフィルタ１０の単位体積あたりの触媒担体としてのアルミナが５０〜１２０ｇ／Ｌとなるようにコート層を形成し、ハニカムフィルタ１０の体積あたりの触媒の担持量が、白金０．１〜８．０ｇ／Ｌとなるように担持する。なお、酸化触媒としての貴金属（例えばパラジウム及びロジウムなど）や、酸化触媒としての酸化物（ペロブスカイト構造を有するもの（ＬａＣｏＯ_３，ＬａＭｎＯ_３など）及びＣｅＯ_２など）を担持してもよいし、ＮＯｘ吸蔵触媒としてのアルカリ金属（カリウムなど）及びアルカリ土類金属（バリウムなど）などを担持してもよい。このハニカムフィルタ１０は、排ガスに含まれるＰＭを捕集することや、排ガスに含まれるＮＯｘやＨＣやＣＯを浄化することができる。
ここでは、角柱状に一体成形したハニカムフィルタ１０の製造方法について説明したが、図３に示すように、円柱状に形成したハニカムフィルタ３０としてもよい。このハニカムフィルタ３０は、貫通孔３２の端面を目封じ部３４により交互に目封じしている。あるいは、図４に示すように、このハニカムフィルタ１０をハニカムユニット１１として複数接合させて円柱状に加工したハニカムフィルタ２０（本発明のフィルタ集合体）としてもよい。このハニカムフィルタ２０は、長手方向に沿って並列する複数の貫通孔１２を有する角柱状に形成された複数のハニカムユニット１１と、ハニカムユニット１１を貫通孔１２が開口していない外面１３で接合するシール材層２６と、シール材層２６で接合された二以上のハニカムユニット１１のうち貫通孔１２が開口していない外周面を覆うコーティング材層２７と、を備えたものである。なお、コーティング材層２７を備えていなくてもよい。このハニカムフィルタ２０の製造方法を説明する。まず、上述したハニカムフィルタ１０を複数作製しこれをハニカムユニット１１とし、シール材をハニカムユニット１１の外面１３に塗布して複数のハニカムユニット１１を接合させ、このシール材を１２０℃で乾燥・固化させてシール材層２６を形成させる。ここで、ハニカムフィルタ２０の断面積に対するハニカムユニット１１の総断面積の占める割合は、８５％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。この割合が８５％未満ではシール材層２６やコーティング材層２７など、ハニカムフィルタ１０以外のものの断面積が大きくなり圧力損失が大きくなってしまうからである。次に、この接合したものを、ダイヤモンドカッターなどを用いて円柱状に切削加工し、貫通孔１２が開口していない外周面をコーティング材を用いてコートし、１２０℃で乾燥・固化させてコーティング材層２７を形成させる。続いて、上記ハニカムフィルタ１０と同様に触媒担体をコートしたのちに触媒を担持させてもよい。このようにしてハニカムフィルタ２０が得られる。ここで、シール材やコーティング材としては、無機繊維及び無機粒子の少なくとも一方を含み、これに無機バインダ、有機バインダを適宜加えたものを使用することができる。無機繊維としては、例えばシリカ−アルミナ、ムライト、アルミナ及びシリカなどから選ばれる１種以上のセラミック繊維が挙げられる。無機粒子としては、例えば炭化珪素、窒化珪素及び窒化硼素などから選ばれる１種以上の粒子が挙げられる。無機バインダとしては、例えばシリカゾル、アルミナゾルなどから選ばれる１種以上のバインダが挙げられる。有機バインダとしては、例えばポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース及びカルボキシルメチルセルロースなどから選ばれる１種以上が挙げられる。このハニカムフィルタ２０では、２以上のハニカムフィルタ１０を貫通孔１２が開口していない外面１３でシール材層２６により接合しているため、熱衝撃や振動に対する強度を高めることができる。
以上詳述した本実施形態のハニカムフィルタ１０によれば、２．５×Ａ／Ｂ＋５２．５≦Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋６０．２（Ａ≦２０，０＜Ｂ≦２０）；式（１）を充足しているため、圧力損失を低減すると共にＰＭを十分に捕集することができる。また、２．５×Ａ／Ｂ＋５５．５≦Ｃを満たすため、圧力損失を一層低減させることができる。更に、Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋５８．０を満たすため、ＰＭの捕集効率を一層向上することができる。更にまた、開口率が５８〜７５％であるため、圧力損失が比較的大きくならず、強度が低くなりにくい。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

以下には、ハニカムフィルタ１０を具体的に製造した例を、実験例として説明する。
［実験例１］
まず、粗粒炭化珪素としてのα型炭化珪素粉末（平均粒径２２μｍ）６７２０重量部と、微粒炭化珪素としてのα型炭化珪素粉末（平均粒径０．５μｍ）２８８０重量部と、造孔剤としてのアクリル粒子（平均粒径２０μｍ）９８０重量部と、水２９７０重量部とを混合し、更に有機バインダとしてメチルセルロース１０５０重量部と、可塑剤としてのグリセリン５００重量部と、潤滑剤（商品名ユニルーブ；日本油脂社製）２３０重量部とを加えて混練して坏土を得た。この実験例１のハニカムフィルタ１０の原料、各原料の平均粒径、配合量の各数値等をまとめたものを表１に示す。また、この表１には後述する実験例２〜３４に関する内容もまとめて示す。次に、上記坏土を長手方向に沿って並列する複数の貫通孔１２が形成された角柱状になるように押出成形機により押出成形し、目封じ部１４を形成していないハニカムフィルタ１０の形状の生の成形体を得た。次に、得られた生の成形体をマイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機により乾燥し、複数の貫通孔１２につき、一方の端面が目封じされ他方の端面が開口された貫通孔１２と一方の端面が開口され他方の端面が目封じされた貫通孔１２とが交互に並ぶように上記坏土と同様の組成のペーストを用いた目封じ部１４により目封じした。その後、更に乾燥させて、４００℃、３ｈで脱脂した。この成形体を常圧のアルゴン雰囲気下で２２００℃、３ｈで焼成を行うことにより３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで貫通孔が４６．５個／ｃｍ^２（３００ｃｐｓｉ）、壁部１５の厚さが０．４３ｍｍ、貫通孔１２に直交する面の開口率が５０％の炭化珪素からなるハニカム構造体（図１参照）を作製した。

次に、このハニカム構造体に触媒としての白金を担持させた。まず、活性アルミナ粉末（平均粒径２μｍ）１００重量部を水２００重量部に混合し、硝酸２０重量部を加えてコート用スラリーを調製した。このスラリーにハニカム構造体を浸漬させ、引き上げたのち余分なスラリーを取り除き、２５０℃で１５分間乾燥させた。アルミナの担持量は、ハニカムフィルタ１０の単位体積当たりの重量で８０ｇ／Ｌとなるようにした。次に、０．２５ｍｏｌ／Ｌの硝酸白金溶液を調製し、白金の担持量がハニカムフィルタ１０の単位体積当たりの白金の重量で３．０ｇ／Ｌとなるようにこの硝酸白金水溶液をハニカム構造体に吸水させ、６００℃で１ｈ焼成した。こうして図１に示すハニカムフィルタ１０を得た。
この実験例１のハニカムフィルタ１０のハニカムフィルタ１０の開口率、ハニカムフィルタ１０の開口率Ｃ、壁部１５の壁厚及びセル密度の各数値等をまとめたものを表２に示す。この表２には後述する実験例２〜３４に関する内容もまとめて示す。また、この表２には、後述する評価結果である全気孔容積に対する気孔径１０μｍ以下の気孔容積の割合Ａ、全気孔容積に対する気孔径３０μｍ以上の気孔容積の割合Ｂ及びＡ／Ｂ値もまとめて示す。

［実験例２〜３４］
表１に示す配合量になるように原料を混合し、表２に示すような開口率Ｃ、壁厚及びセル密度に設計したほかは実験例１と同様にして実験例２〜３４のハニカムフィルタ１０を作製した。
［気孔径・気孔率測定］
実験例１〜３４の気孔径・気孔率測定を行った。この測定は、測定機として（株）島津製作所社製自動ポロシメータ オートポアＩＩＩ ９４０５を用いてＪＩＳ−Ｒ１６５５に基づいて水銀圧入法により行った。具体的には、ハニカムフィルタ１０の目封じ部１４を含まない部分を１辺が０．８ｃｍ程度の立方体に切断し、イオン交換水で超音波洗浄し乾燥したのち上記測定機を用いて、０．１〜３６０μｍの測定範囲で測定した。１００〜３６０μｍの範囲では、０．１ｐｓｉａの圧力ごとに測定し、０．１〜１００μｍの範囲では、０．２５ｐｓｉａの圧力ごとに測定した。なお、この測定や圧力損失測定やＰＭの捕集効率測定では、コート層としての触媒担体（アルミナ）及び触媒（白金）を担持したあとのハニカムフィルタ１０を用いて測定を行った。
［圧力損失測定］
実験例１〜３４のハニカムフィルタ１０の圧力損失測定を行った。図５は、圧力損失測定装置４０の説明図である。この圧力損失測定装置４０は、送風機４１の排ガス管４２にアルミナマット４３を巻いたハニカムフィルタ１０を金属ケーシング４４内に固定して配置し、ハニカムフィルタ１０の前後の圧力を検出可能に圧力計４８を取り付けたものである。圧力損失の測定条件は、排ガスの流通量を７５０ｍ^３／ｈになるように送風機４１を運転し、運転開始から５分後の差圧を測定した。
［ＰＭの捕集効率測定］
実験例１〜３４の排ガスに含まれるＰＭの捕集効率測定を行った。図６は、排ガス浄化測定装置６０の説明図である。この排ガス浄化測定装置６０は、２Ｌのコモンレール式ディーゼルエンジン６１と、エンジン６１からの排ガスを流通する排ガス管６２と、排ガス管６２に接続されアルミナマット６３を巻いたハニカムフィルタ１０を固定する金属ケーシング６４と、ハニカムフィルタ１０を流通する前の排ガスをサンプリングするサンプラー６５と、ハニカムフィルタ１０を流通した後の排ガスをサンプリングするサンプラー６６と、サンプラー６５，６６によりサンプリングされた排ガスを希釈する希釈器６７と、該希釈された排ガスに含まれるＰＭの量を測定するＰＭカウンタ６８（ＴＳＩ社製凝集粒子カウンタ３０２２Ａ−Ｓ）とを備えた走査型モビリティ粒径分析装置（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅｒ，ＳＭＰＳ）として構成されている。次に、測定手順を説明する。エンジン回転数が２０００ｒｐｍ、トルクが４７Ｎｍとなるようにエンジン６１を運転し、エンジン６１からの排ガスをハニカムフィルタ１０に流通させた。このとき、ハニカムフィルタ１０を通過する前のＰＭ量Ｐ０とハニカムフィルタ１０を通過したあとのＰＭ量ＰｉとをＰＭカウンタ６８を用いてＰＭ粒子数から把握した。そして、次式（４）を用いて、排ガスに含まれるＰＭの捕集効率を求めた。
捕集効率（％）＝（Ｐ０−Ｐｉ）／Ｐ０×１００；式（４）
［実験結果］
表３は、実験例１〜３４の実験結果であるＡ／Ｂ値、Ａ／Ｂ値から式（１）により求めた開口率Ｃの下限値Ｃ ｍｉｎ及び上限値Ｃ ｍａｘ、ハニカムフィルタ１０の開口率Ｃ、平均気孔径、気孔率、圧力損失及びＰＭ捕集効率をまとめたものであり、図７は、実験例１〜３０（割合Ａが２０％以下、割合Ｂが２０％以下のサンプル）について、横軸をＡ／Ｂ値とし、縦軸を開口率ＣとしてプロットしたＡ／Ｂ値と開口率Ｃとの関係を表す図である。なお、図７では、上述した式（１）の範囲にあるものを○、式（１）の範囲外のものを△としてプロットし、各実験例の番号を各点に付した。表３から明らかなように、割合Ａが２０％を超えるもの（実験例３１，３２）は圧力損失が大きく、割合Ｂが２０％を超えるもの（実験例３３，３４）は、ＰＭ捕集効率が低かった。次に、表３及び図７から明らかなように、実験例２〜４，７〜９，１２〜１４，１７〜１９，２２〜２４，２７〜２９のサンプル、つまり、図４の好適範囲（式（１）を満たす範囲）に入るサンプルでは、圧力損失が１３ｋＰａ以下で且つＰＭ捕集効率が８０％以上であり、圧力損失を低減すると共にＰＭを十分に捕集可能であった。開口率Ｃが５４％以上では、圧力損失が比較的小さいことがわかった。また、実験例３〜４、８〜９，１３〜１４，１８〜１９，２３〜２４，２８〜２９のサンプル、つまり、２．５×Ａ／Ｂ＋５５．５≦Ｃを満たすサンプルでは、圧力損失が一層小さい値を示した。また、実験例２，７〜８，１２〜１３，１７〜１８，２２〜２３，２７〜２８のサンプル、つまり、Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋５８．０を満たすサンプルでは、ＰＭの捕集効率が一層大きな値を示した。特に、２．５×Ａ／Ｂ＋５５．５≦Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋５８．０の範囲にある実験例８，１３，１８，２３，２８では、圧力損失とＰＭの捕集効率とのバランスが最もよかった。

［フィルタ集合体］
上述した実験例１〜３４のハニカムフィルタ１０を複数作製しこれをハニカムユニット１１とし、シール材をハニカムユニット１１の外面１３に塗布して複数のハニカムユニット１１を接合させ、このシール材を１２０℃で乾燥・固化させてシール材層２６を形成させた。シール材は、アルミナ繊維（繊維長２０μｍ）３０重量％、炭化珪素粒子（平均粒径０．６μｍ）２１重量％、シリカゾル（ゾル中のシリカ含有率が３０重量％）１５重量％、カルボキシメチルセルロース５．６重量％、水２８．４重量％の組成のものを用いた。次に、この接合したものを、ダイヤモンドカッターを用いて円柱状に切削加工し、貫通孔１２が開口していない外周面をコーティング材を用いてコートし、１２０℃で乾燥・固化させてコーティング材層２７を形成させた。コーティング材は、シリカ−アルミナ繊維（繊維長５〜１００μｍ）２３．３重量％、炭化珪素粒子（平均粒径０．３μｍ）３０．２重量％、シリカゾル（ゾル中のシリカ含有率が３０重量％）７重量％、カルボキシメチルセルロース０．５重量％、水３９重量％の組成のものを用いた。続いて、上記ハニカムフィルタ１０と同様に触媒担体をコートしたのちに触媒を担持させ、図３に示すハニカムフィルタ２０を得た。得られたハニカムフィルタ２０の断面積に対するハニカムユニット１１の総断面積の占める割合（ユニット面積割合）は、９３．５％であった。
本発明は、２００４年１２月２８日に出願された日本国特許出願２００４−３８２１３２号を優先権主張の基礎としており、その内容のすべてが編入される。

本発明は、内燃機関を搭載した動力機械や車両などに関連する産業において利用可能であり、例えば自動車産業、自動二輪車産業などにおいて利用可能である。

Claims (10)

1. 炭化珪素を主成分とし、複数の貫通孔を有するフィルタであって、
   前記貫通孔同士の間の壁部の全気孔容積に対する気孔径１０μｍ以下の気孔の占める割合をＡ（％）、該壁部の全気孔容積に対する気孔径３０μｍ以上の気孔の占める割合をＢ（％）、前記貫通孔に対して直交する面の開口率をＣ（％）としたとき２．５×Ａ／Ｂ＋５２．５≦Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋６０．２（Ａ≦２０，０＜Ｂ≦２０）を満たす、
   フィルタ。
2. 炭化珪素を主成分とし、複数の貫通孔を有するフィルタであって、
   前記貫通孔同士の間の壁部には触媒が担持されており、
   前記壁部の全気孔容積に対する気孔径１０μｍ以下の気孔の占める割合をＡ（％）、該壁部の全気孔容積に対する気孔径３０μｍ以上の気孔の占める割合をＢ（％）、前記貫通孔に対して直交する面の開口率をＣ（％）としたとき２．５×Ａ／Ｂ＋５２．５≦Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋６０．２（Ａ≦２０，０＜Ｂ≦２０）を満たす、
   フィルタ。
3. 更に、２．５×Ａ／Ｂ＋５５．５≦Ｃを満たす、
   請求項１又は２に記載のフィルタ。
4. 更に、Ｃ≦２．５×Ａ／Ｂ＋５８．０を満たす、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ。
5. 前記開口率が５８％以上である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルタ。
6. 前記開口率が７５％以下である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ。
7. 前記貫通孔同士の間の壁厚が０．１５〜０．４０ｍｍである、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルタ。
8. セル密度が３１〜７８個／ｃｍ²である、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルタ。
9. 炭化珪素、窒化珪素及びコージェライトのうちいずれか１つを主成分とする、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルタ。
10. ２以上の請求項１〜９のいずれか１項に記載のフィルタが前記貫通孔の開口していない外面でシール材層を介して接合されている、フィルタ集合体。

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