JP5137901B2 - ガス浄化フィルタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス浄化フィルタの製造方法に関するものであり、特に高温下で使用されることがあるガス浄化フィルタの製造方法に関するものである。

高温下で使用されるフィルタの多くでは、加熱されることに起因する亀裂の発生が問題となる。例えば、ディーゼルエンジンから排出されるガスに含まれる粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」と称することがある）は、捕集された粒子状物質がある程度堆積した時点で、自己発熱または外部加熱によって粒子状物質を燃焼させる再生処理が行われる。その際に、フィルタ基体における温度分布が不均一になると、熱応力によりフィルタ基体に亀裂が発生するおそれがある。そして、フィルタ基体に亀裂が発生すると、ＤＰＦによって捕集されずに排ガスと共に排出される粒子状物質が増大してしまう。

そこで、従前より、フィルタ基体を複数のセグメントの接合により形成し、セグメント間のシール材層によって熱応力の緩和が図られた接合型のＤＰＦが提案され（例えば、特許文献１参照）、実施されている。ここで、特許文献１の技術は、複数のセグメントを無機繊維，無機バインダー，有機バインダー，及び無機粒子からなるシール材で接着し、各セグメントにおいて発生する熱応力をシール材層で吸収・緩和すると共に、シール材層によって複数のセグメントを強固に接合しようとするものである。

しかしながら、上記のように複数のセグメントがシール材で接合された従来の接合型ＤＰＦでは、熱応力が十分に緩和されているとは言えないのが現状である。例として、炭化珪素質のセラミックスで形成されたセグメントの複数を、炭化珪素質のシール材で接着したＤＰＦ１００について、粒子状物質を堆積させた後に再生処理を行った際の温度分布を図９に示す。ここで、測定に用いたＤＰＦ１００は、セル密度１５０ｃｐｓｉ，隔壁の厚さ０．４ｍｍのセグメント４個×４個をシール材で接合した後、直径５．６６インチ，長さ１０インチの円柱状に外形を加工したものであり、再生処理は、粒子状物質８ｇ／Ｌを堆積させた段階で、約６８０℃まで排ガス温度を上昇させた後でエンジンを一気にアイドリング状態とし、酸素供給量を増加させた環境下で粒子状物質を燃焼させることにより行った。なお、図９は、再生処理の開始後３０秒が経過した時点での温度分布を示しており、図中の矢印は排ガスの流通方向を示している。

図９から、ＤＰＦ１００では再生処理時に温度分布が著しく不均一であることが分かる。即ち、ガス流通の下流側では９００℃以上と極めて高温になっており、上流側である端部とでは約２５０℃の温度差が生じている。また、温度分布は径方向においても不均一であり、下流側ではフィルタ基体の中心部と周縁部とでは約２００℃の温度差が生じている。このように、複数のセグメントが接合された接合型のＤＰＦでは、セグメントの位置によって温度が大きく相違し、これに応じて熱膨張率に著しい差異が生じる。また、一般的に高温になるほど、セグメントを構成する材料の熱膨張率とシール材の熱膨張率との差異も大きくなる。その結果、従来の接合型のＤＰＦでは、シール材層では緩和できないほどの大きな熱応力が発生し、亀裂の発生に至ることが多い。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、高温下で使用されることがあるガス浄化フィルタであって、フィルタ基体における温度分布が不均一であっても亀裂が発生しにくいガス浄化フィルタ、の製造方法の提供を課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかるガス浄化フィルタの製造方法は、
「ガスの流通路に配設されてガス中の物質を捕集するガス浄化フィルタの製造方法であって、
単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルからそれぞれ構成された複数のセグメント部、及び、隣接する前記セグメント部間を前記軸方向に垂直な方向に架橋していると共に、隣接する前記セグメント部を前記軸方向の全長にわたり連結している架橋型の連結部であって、架橋している方向に垂直な方向の幅が隣接する前記セグメント部において互いに対面している側面の前記軸方向に垂直な方向の長さより短い前記連結部を備える成形体を、焼成により多孔質体となる未焼成セラミックス材料で押出成形する成形工程と、
前記成形体を焼成する前または後に、前記軸方向の一端から他端に向かって前記他端に至ることなく切断して前記連結部を切除することにより、隣接する前記セグメント部が未切断の前記連結部によって連結されている一体型フィルタ部、及び、隣接する前記セグメント部間に前記連結部が存在しない分離型フィルタ部を備えるフィルタ本体を形成する切断工程と、
前記切断工程の後または前記切断工程に先立ち、前記成形体を焼成して焼結体とする焼成工程とを」具備するものである。

「セラミックス材料」としては、炭化珪素質、窒化珪素質、コージェライト質、アルミナ質、ムライト質のセラミックス材料を使用することができる。

架橋型の連結部において「架橋している方向に垂直な方向の幅」とは、換言すれば、架橋型の連結部の軸方向に垂直な二方向の長さのうち、隣接するセグメント部間の距離に相当する長さ、ではない方の長さである。

本発明は、複数のセグメント部が架橋型の連結部によって軸方向の全長にわたり連結されている構成の成形体を予め成形しておき、その後に、軸方向の一端から他端に向かって切断し、未切断の部分を残すように連結部を切除することにより、セグメント部が一端側で部分的にのみ連結されている構成のフィルタ本体を製造することを特徴としている。この点で、本発明は、上記のように複数のセグメントを、軸方向の全長にわたってシール材によって接着している従来のフィルタの製造方法と大きく相違している。

上記構成の本発明により製造されるガス浄化フィルタでは、複数のセグメント部のそれぞれが、隣接するセグメント部と部分的にしか連結されていない。そのため、隣接するセグメント部が連結されていない分離型フィルタ部においては、各セグメント部は隣接するセグメント部によって動きを制限されることなく、伸縮することが可能である。即ち、温度分布が不均一となって、セグメント部ごとに熱膨張率に差異が生じても、個々のセグメント部はそれぞれの熱膨張率で熱膨張する自由度が高い。これにより、熱膨張率の差異に起因して、フィルタ本体に亀裂が発生することが抑制される。

加えて、本発明では、複数のセグメント部を連結している部分を焼成し、焼結体としていることも特徴である。この点でも、無機粉末等をバインダーと混合して得たペースト状のシール材をセグメントの表面に塗布し、隣接するセグメントと接着した後、乾燥処理のみを行って、シール材層は焼成しない従来の接合型フィルタの製造方法と相違する。ここで、従来のフィルタの製造方法においてシール材層を焼成しないのは、シール材層の弾性によって熱応力を緩和することを意図しているためである。これに対し、本発明では、セグメント部間に発生する熱応力を連結部によって緩和させるのではなく、連結部の軸方向の長さは短くし、個々のセグメント部をそれぞれの熱膨張率に応じて、できるだけ自由に熱膨張させることにより熱応力の発生を抑制する。そのため連結部は、部分的な連結であってもセグメント部間を強固に連結させられることが必要となる。

そこで、本発明では、セグメント部と連結部とを備える成形体を一体成形してから、連結部を部分的に切除する切断工程の後あるいは切断工程に先立ち、焼成工程を行うことにより、セグメント部を連結する構成である連結部を焼結体とした。ここで、セラミックスの焼結体は、一般的に焼結していないセラミックス材料に比べて常温及び高温下での機械的強度が高い。従って、本発明により製造されるガス浄化フィルタの一体型フィルタ部において、複数のセグメント部は連結部を介して強固に一体化されており、複数のセグメント部の集合体としてのフィルタ本体の形態が保持され易い。これにより、複数のセグメント部が部分的にのみ連結されている構成であっても、フィルタ本体の外形を切削加工する作業や、フィルタ本体をケーシング缶にセットする作業（キャニング）を、支障なく行うことができる。

更に、分離型フィルタ部においては、セグメント部において最外周に位置するセルに流入したガスは、隔壁を通過してセグメント部間の空間を流通する。そのため、隣接するセグメント部がシール材で接着されており、シール材層中はガスが流通することができない従来の接合型のフィルタと比べて、本発明により製造されるガス浄化フィルタは、フィルタリングの効率が高いと共に、圧力損失が小さいという利点も有している。

加えて、本発明では、セグメント部が架橋型の連結部で連結された成形体を一体成形し、これを焼成してフィルタ本体を製造しているが、連結部の幅は、連結されているセグメント部の辺（即ち、セグメント部が隣接するセグメント部と対面している側面の軸方向に垂直な方向の長さ）より短いため、セグメント部の前記辺の全長にわたる幅で架橋する構成を採用した場合に比べて、機械的強度が低い連結部が得られる。そのため、万一、一体型フィルタ部に大きな熱応力が発生した場合には、架橋型の連結部が破壊しやすく、その破壊によって熱応力を吸収・緩和することができる。

なお、焼成工程に先立ち切断工程を行う場合は、成形体の段階で切断するため、切断刃などにかかる負荷が小さく切断が容易である。一方、焼成工程を経た後に切断工程を行う場合は、焼結体を切断するためには成形体を切断する場合より切断刃に大きな負荷がかかるが、切断刃に目詰まりが生じにくく、被切断部に変形が生じにくいために切断面が整いやすい等の利点がある。

本発明にかかるガス浄化フィルタの製造方法は、上記構成に加え、
「前記焼結体の前記一体型フィルタ部における前記セグメント部及び前記連結部の間に、未焼成の充填材を充填する未焼成材充填工程を」具備するものとすることができる。

「未焼成材充填工程」で使用する充填材としては、炭化珪素・アルミナ・ムライト等のセラミックス粉末あるいはセメント等の無機材料粉末を、無機バインダー及び／又は有機バインダーと混合して得た充填材を、使用することができる。また、充填材には、アルミナ繊維等のセラミックス繊維を添加しても良い。なお、「未焼成材充填工程」の後に、充填材に含まれる有機成分や水分を除去するための熱処理を、材料が焼結しない程度の低い温度で行う工程を設けても良い。

上記構成の本発明によれば、セグメント部より幅の短い架橋型の連結部及びセグメント部間に生じる空間が、未焼成の充填材で充填され閉塞される。これにより、ガス中の物質が捕集されることなく、隣接するセグメント部間を介して外部に排出されることを防止することができる。そして、未焼成材充填工程はフィルタ本体を焼成する焼成工程の後に行われ、充填材自体は焼成されることがない。そのため、この充填材は焼結体に比べれば機械的強度が低く、架橋型の連結部の破壊によって熱応力を吸収・緩和するという作用が、充填材の存在によって妨げられることがないものとなっている。

本発明にかかるガス浄化フィルタの製造方法は、上記構成において、
「前記切断工程では、ガス流通の下流側となるべき端部からガス流通の上流側となるべき端部に向かって切断される」ものとすることができる。

ガス浄化フィルタがＤＰＦとして用いられた場合、再生処理の際には、上述のように、ガス流通の下流側では上流側に比べてセグメント部が極めて高温となると共に、下流側では上流側に比べて温度分布が著しく不均一となりやすい。

本発明では、切断工程において連結部を切除するために切断を行う方向が、「ガス流通の下流側となるべき端部からガス流通の上流側となるべき端部に向かう」方向である。そのため、製造されるガス浄化フィルタでは、複数のセグメント部が連結部で連結されていることによりセグメント部の個々の伸縮が制限されている一体型フィルタ部は、再生処理の際にセグメント部の温度がさほど高くならず、且つ、セグメント部間の温度差も大きくない上流側に形成される。そのため、一体型フィルタ部において個々のセグメント部の自由な伸縮が制限されていることは、熱応力に起因する亀裂の発生につながりにくい。一方、セグメント部が連結されていない分離型フィルタ部は、再生処理時にセグメント部の温度が極めて高温となることがあり、セグメント部間の温度差も大きくなりやすい下流側に形成されることになるため、個々のセグメント部がそれぞれの熱膨張率に応じて自由に熱膨張することができるという本発明の作用を、より効果的に得ることができる。

本発明にかかるガス浄化フィルタの製造方法は、上記構成に加え、
「前記焼結体の前記分離型フィルタ部において隣接する前記セグメント部間に、前記セグメント部の表面に接着することなく充填材を充填する非接着材充填工程を」具備するものとすることができる。

「非接着材充填工程」で使用する「充填材」としては、シート状のセラミックス焼結体を使用することができ、充填材を隣接するセグメント部間に単に挿入することにより「セグメント部の表面に接着することなく充填する」ことができる。

フィルタ本体において分離型フィルタ部の占める割合が大きい場合、換言すれば、各セグメント部において他のセグメント部と連結されていない部分が長い場合は、ガス浄化フィルタの使用に際して、各セグメント部が振動しやすくなるおそれがある。これに対し、本発明では、分離型フィルタ部のセグメント部間に充填材を充填しているため、製造されたガス浄化フィルタにおいて各セグメント部の振動が低減される。

加えて、充填材をセグメント部の表面に接着することなく充填しているため、製造されたガス浄化フィルタにおいて、充填材はセグメント部に対して相対的に摺動可能である。これにより、各セグメント部は自由な伸縮を充填材によって制限されることがなく、個々のセグメント部がそれぞれの温度に応じた熱膨張率で自由に熱膨張できるという作用効果が、充填材によって妨げられることのないものとなっている。

また、非接着の充填材を分離型フィルタ部に充填しているため、本発明で製造されたガス浄化フィルタでは、連結部よりガス流通の下流側でセグメント部間に充填材の層が形成されている。これにより、一体型フィルタ部に大きな熱応力が作用し、連結部に亀裂が生じることによって熱応力が吸収・緩和された場合であっても、亀裂を介して連結部を通過した物質は非接着の充填材の層で捕集されるため、セグメント部間の空間を介して外部に漏れ出るおそれを低減することができる。

以上のように、本発明の効果として、高温下で使用されることがあるガス浄化フィルタであって、フィルタ基体における温度分布が不均一であっても亀裂が発生しにくいガス浄化フィルタ、の製造方法を提供することができる。

（ａ）本発明の一実施形態のガス浄化フィルタの製造方法を示す工程図、（ｂ）更に非接着材充填工程を備える場合の工程図、（ｃ）他の実施形態の製造方法を示す工程図、及び、（ｄ）他の実施形態の製造方法について更に非接着材充填工程を備える場合の工程図である。 図１の製造方法のフィルタ本体の成形体における（ａ）平面図、（ｂ）ア−ア線端面図である。 図１の製造方法において、（ａ）フィルタ本体の成形体を軸方向に垂直な面で切断した断面の部分拡大図、（ｂ）目封止工程を経たフィルタ本体の成形体を端部近傍で軸方向に垂直な面で切断した断面の部分拡大図である。 図１の製造方法において、（ａ）切断工程を経た成形体のア−ア線端面図、（ｂ）未焼成材充填工程を経たフィルタ本体の焼結体のア−ア線端面図である。 更に非接着材充填工程を経た後のフィルタ本体の焼結体のイ−イ線端面図である。 図１の製造方法の未焼成材充填工程を経たフィルタ本体の焼結体の（ａ）一体型フィルタ部の端部近傍において軸方向に垂直な面で切断した端面図、（ｂ）分離型フィルタ部において軸方向に垂直な面で切断した端面図である。 （ａ）焼結工程の後に切断工程を行う実施形態の製造方法を示す工程図、及び、（ｂ）更に非接着材充填工程を備える場合の工程図である。 他の構成のガス浄化フィルタを製造する他の実施形態について、切断工程を経たフィルタ本体についてガス流通の下流となるべき端部側で軸方向に垂直な面で切断した端面図である。 従来の接合型ディーゼルパティキュレートフィルタについて、再生処理時の温度分布を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態であるガス浄化フィルタの製造方法（以下、単に「製造方法」という）について、図１乃至図６に基づいて説明する。ここでは、ディーゼルエンジンから排出されるガスの流通路に配設されてガス中の粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタの製造方法に、本発明を適用する場合を例示する。なお、焼結体は熱収縮により成形体より全体的にサイズが小さくなるが、このようなサイズ差については図面では表していない。

本実施形態の製造方法は、主に図１（ａ）に示すように、単一の軸方向Ｚに延びて列設された隔壁４により区画された複数のセル５からそれぞれ構成された複数のセグメント部２０、及び、隣接するセグメント部２０間を軸方向Ｚに垂直な方向に架橋していると共に、隣接するセグメント部２０を軸方向Ｚの全長Ｎにわたり連結している架橋型の連結部２１であって、架橋している方向に垂直な方向の幅ｄが隣接するセグメント部２０において互いに対面している側面の軸方向Ｚに垂直な方向の長Ｗさより短い連結部２１を備える成形体２５ｇを、焼成により多孔質体となる未焼成セラミックス材料で押出成形する成形工程Ｐ１と、成形体２５ｇの一端から他端に向かって、他端に至ることなく軸方向Ｚに平行に連結部２１に沿って成形体２５ｇを切断し連結部２１を切除することにより、隣接するセグメント部２０が未切断の連結部２１によって連結されている一体型フィルタ部Ｃｆ、及び、隣接するセグメント部２０間に連結部が存在しない分離型フィルタ部Ｓｆを備えるフィルタ本体の成形体２５ｇを得る切断工程Ｐ２と、各セグメント部においてセル５の一端を交互に封止する目封止工程Ｐ３と、フィルタ本体の成形体２５ｇを焼成しフィルタ本体の焼結体２５ｓを得る焼成工程Ｐ４と、フィルタ本体の焼結体２５ｓの一体型フィルタ部Ｃｆにおいて、セグメント部２０及び連結部２１の間に未焼成の充填材を充填し未焼成材充填層２９を形成する未焼成材充填工程Ｐ５とを具備している。

より詳細に説明すると、成形工程Ｐ１では、セグメント部２０と連結部２１とを備える成形体２５ｇを押出成形により一体成形する。具体的には、図３（ａ）に示すように、連結部２１の幅ｄはセル５を区画する隔壁４の厚さとほぼ等しく、複数のセル分の間隔をおいて、隣接するセグメント部２０間で隔壁４が延設されるように連結部２１が形成されている。なお、図２，図４乃至図６は、構成を明示して説明するため、連結部２１の幅を実際より大きく、且つ実際より連結部２１の数を減じて、模式的に図示している。

上記の成形工程Ｐ１により、図２（ｂ）に示すア−ア線端面図のように、成形体２５ｇにおいては軸方向Ｚの全長Ｎにわたり連結部２１が形成される。なお、成形工程Ｐ１では、最終的なフィルタ本体２ａの外形に合わせて成形体２５ｇを成形することができる。本実施形態では、外形が円柱状の成形体２５ｇを成形する場合を例示している。

次に、切断工程Ｐ２で、成形体２５ｇの一端から他端に向かって、連結部２１に沿って軸方向Ｚに平行に切断する。即ち、円柱状の成形体２５ｇを縦割りにするように切断するのであるが、このとき、他端に至るまでは切断せず、図４（ａ）に示すように、成形体２５ｇの軸方向Ｚの全長Ｎに対し、軸方向Ｚの長さＭ分の未切断部を他端側に残す。なお、本実施形態の切断工程Ｐ２では、製造されたガス浄化フィルタが使用される際にガス流通の下流側となる端部Ｅｄから、ガス流通の上流側となる端部Ｅｕに向かって成形体２５ｇを切断する。これにより、連結部２１の未切断部は上流の端部Ｅｕ側に形成される。

なお、本実施形態の切断工程Ｐ２では、軸方向Ｚに垂直な方向では、成形体２５ｇの端から端までを切断する。このような切断は、例えば、成形体２５ｇの直径より大径の回転刃を有するカッタを用いて成形体２５ｇを切断することにより行うことができる。

このようにして、セグメント部２０と連結部２１とが一体的に形成された一体型フィルタ部Ｃｆが、ガス流通の上流となるべき端部Ｅｕ側に形成され、連結部２１が切除されたことにより隣接するセグメント部２０間に連結部が存在しない分離型フィルタ部Ｓｆが、ガス流通の下流側となるべき端部Ｅｄ側に形成された成形体２５ｇが得られる。次に、目封止工程Ｐ３において、各セグメント部２０の複数のセル５について、図３（ｂ）に示すように、一方向に開放したセル５と他方向に開放したセルとが交互となるように、それぞれの一端を目封止材料で封止し、封止部６を形成する。なお、図３（ｂ）は、目封止工程Ｐ３を経た成形体２５ｇを、端部近傍において軸方向Ｚに垂直な面で切断した断面の一部を拡大して示した図である。

続いて焼成工程Ｐ４で成形体２５ｇを焼成することにより、上記構成の成形体２５ｇが焼結し、フィルタ本体の焼結体２５ｓが得られる。

更に、未焼成材充填工程Ｐ５では、一体型フィルタ部Ｃｆにおいてセグメント部２０と連結部２１との間の空隙に、未焼成の充填材を充填して未焼成材充填層２９を形成する。これにより、図４（ｂ）に示すように上流側の端部Ｅｕから下流側の端部Ｅｄに向けて、セグメント部２０間を貫通する空間（図４（ａ）参照）が閉塞される。なお、未焼成材充填工程Ｐ５の後に、充填材に含有される有機成分や水分を除くための加熱処理工程を設けても良い。

また、図１（ｂ）に示したように、未焼成材充填工程Ｐ５の後に非接着材充填工程Ｐ６を行うことにより、図５に示すように、更に非接着材充填層８を備えるフィルタ本体２ｂの焼結体２５ｓ’を製造することができる。ここで、非接着材充填工程Ｐ６は、セグメント部２０の表面に接着することなく、隣接するセグメント部２０間に、充填材を単に挿入する工程とすることができる。なお、セグメント部２０の自由な熱膨張を充填材によって妨げないために、摺動性が良好で耐磨耗性に優れる充填材を用いることが望ましく、かかる充填材としては、セグメント部間の空間に嵌め込まれる寸法のシート状に形成されたセラミックス焼結体を使用する。

なお、上記では、切断工程Ｐ２に引き続いて目封止工程Ｐ３が行われる場合を例示したが、図１（ｃ），（ｄ）に示すように、成形工程Ｐ１に引き続いて目封止工程Ｐ２’を行い、その後に切断工程Ｐ３’を行うこととしても構わない。或いは、目封止を行うことなく焼成工程まで終えた後、目封止工程と未焼成材充填工程とを同じ材料を使用して同時に行うこともできる。

上記の製造方法により、次の構成のガス浄化フィルタが得られる。即ち、ガス浄化フィルタは、図４（ｂ）及び図６（ａ），（ｂ）に示すように、多孔質セラミックス焼結体で形成され単一の軸方向Ｚに延びて列設された隔壁４により区画された複数のセル５からそれぞれ構成された複数のセグメント部２０、及び、隣接するセグメント部２０を連結する連結部２１を備えるフィルタ本体２ａの焼結体２５ｓを具備し、連結部２１は、セグメント部２０と一体のセラミックス焼結体で形成されていると共に、軸方向Ｚの長さＭ’がセグメント部２０の軸方向Ｚの長さＮ’より短く、フィルタ本体２ａは、隣接するセグメント部２０が連結部２１によって連結されている一体型フィルタ部Ｃｆ、及び、隣接するセグメント部２０間に連結部が存在しない分離型フィルタ部Ｓｆから構成されている。

ここで、一体型フィルタ部Ｃｆは、フィルタ本体２ａにおいてガス流通の上流側となるべき端部Ｅｕ側に形成されており、分離型フィルタ部Ｓｆはガス流通の下流側となるべき端部Ｅｄ側に形成されている。

各セグメント部２０において複数のセル５は、一方向に開放したセルと他方向に開放したセルとが交互となるように、それぞれの一端が封止部６によって封止されている。このようにセル５が交互に封止されていることにより、セグメント部２０の軸方向Ｚが排ガスの流通方向に一致するようにガス浄化フィルタをガスの流通路に配設すると、排ガスは上流側に開口したセル５から流入し、多孔質の隔壁４を通過してから下流方向に開口したセルから流出するため、ガスが隔壁４を通過する際に、隔壁４の表面及び気孔内に排ガス中の粒子状物質が捕集される。

また、図６（ａ）に示すように、一体型フィルタ部Ｃｆでは、連結部２１は隣接するセグメント部２０間を軸方向Ｚに垂直な方向に架橋しており、架橋している方向に垂直な方向の幅は、隣接するセグメント部２０において互いに対面している側面の前記軸方向Ｚに垂直な方向の長さより短い。そして、セグメント部２０及び架橋型の連結部２１の間には、未焼成の充填材により未焼成材充填層２９が形成されている。

そして、分離型フィルタ部Ｓｆにおいては、図６（ｂ）に示すように、隣接するセグメント部２０間には連結部が存在せず、空間Ｏｐが形成されている。また、本実施形態では、空間Ｏｐは、軸方向Ｚに垂直な方向にフィルタ本体を貫通するように開放している。

更に、図１（ｂ）に示す工程Ｐ１〜工程Ｐ６からなる製造方法によれば、図５に図２（ａ）におけるイ−イ線端面図に相当する端面図を示すように、上記の構成に加えて、分離型フィルタ部Ｓｆにおいて隣接するセグメント部２０間に、セグメント部２０の表面に接着されていない充填材により非接着材充填層８が形成されているフィルタ本体２ｂの焼結体２５ｓ’が得られる。

このような構成のフィルタ本体２ａ，２ｂの焼結体２５ｓ，２５ｓ’は、外周面を弾性を有する耐熱材料のシート材で被覆しつつキャニングし、軸方向Ｚを排ガスの流通方向と一致させて排ガスの流通路に設置することにより、排ガス中から粒子状物質を捕集し除去するＤＰＦとして使用することができる。

上記構成の本実施形態の製造方法で製造された上記構成のガス浄化フィルタによれば、分離型フィルタ部Ｓｆにおいては、各セグメント部２０は隣接するセグメント部２０に制限されることなく自由に伸縮することができるため、温度分布が不均一であっても、個々のセグメント部２０はそれぞれの温度に応じた熱膨張率で熱膨張することができる。これにより、熱膨張率の差異に起因して、フィルタ本体２ａ，２ｂに亀裂が発生することを抑制することができる。

加えて、連結部２１は、セグメント部２０と一体成形された後に焼成された焼結体であるため、部分的な連結ではあっても、複数のセグメント部２０の集合体としてのフィルタ本体２ａ，２ｂの形態が保持され易いものとなっている。

また、ＤＰＦとして使用されるガス浄化フィルタは、捕集された粒子状物質を燃焼させて除去する再生処理の際に、ガス流通の下流側では上流側に比べて極めて高温となると共に、温度分布が著しく不均一となるところ、フィルタ本体２ａ，２ｂでは、ガス流通の上流となるべき端部Ｅｕ側に、各セグメント部２０の自由な伸縮が制限される一体型フィルタ部Ｃｆが設けられ、下流となるべき端部Ｅｄ側に各セグメント部が自由に伸縮できる分離型フィルタ部Ｓｆが設けられているため、個々のセグメント部２０の自由な熱膨張により熱応力を緩和するという作用を、効果的に発揮することができる。

更に、分離型フィルタ部Ｓｆにおいては、セグメント部２０において最外周に位置するセル５に収入したガスは、隔壁４を通過してセグメント部２０間の空間を流通する。そのため、フィルタリングの効率が高いと共に、圧力損失が小さい。

更に、連結部２１は機械的強度が低い架橋型であるため、万一、一体型フィルタ部Ｃｆに大きな熱応力が発生しても、架橋型の連結部２１が破壊しやすく、その破壊によって熱応力を吸収・緩和することができる。なお、連結部２１に亀裂が生じたとしても、フィルタ本体２ｂのように、連結部２１より下流側に非接着材充填層８が設けられている場合は、セグメント部２０間を介して粒子状物質が外部に排出されることを防止することができる。また、複数のセグメント部２０の集合体としてのフィルタ本体の形態を連結部２１によって保持するという作用は、キャニング作業を終えるまで得られれば足りる。その後の使用においては、非接着材充填層８を適切に設けると共に、フィルタ本体の外周面とケーシングとの間に被覆材を適切に充填することにより、複数のセグメント部２０の集合体としての形態を保持することが可能である。

そして、フィルタ本体２ａ，２ｂの焼結体２５ｓ，２５ｓ’において、連結部２１の軸方向Ｚの長さＭ’は、個々のセグメント部２０をそれぞれ自由に熱膨張させ、且つ、大きな熱応力が発生した場合には適度に破壊してその熱応力を緩和・吸収する作用を効果的に発揮するためには、セグメント部２０の軸方向の長さＮ’に対して長過ぎないことが求められる。一方、少なくともキャニング作業を終えるまでは、セグメント部２０の集合体としての形態を保持できるだけの長さは必要である。このような観点から、連結部２１の軸方向Ｚの長さＭ’は、連結部２１の幅ｄやセルの数に対する連結部２１の数等にもよるが、セグメント部２０の軸方向Ｚの長さＮ’の１／５〜１／２であると好適であり、そのためには、切断工程Ｐ２では、成形体２５ｇにおける連結部２１の軸方向Ｚの長さＭを、セグメント部２０の軸方向Ｚの長さＮの１／５〜１／２とすると好適である。

また、切断工程Ｐ２において長さの比Ｍ／Ｎが小さくなるように切断された場合、換言すれば、フィルタ本体２ａ，２ｂの焼結体２５ｓ，２５ｓ’において長さＭ’が短く、セグメント部２０が長い場合は、ガス浄化フィルタの使用に際して、各セグメント部２０が振動しやすくなるおそれがあるところ、分離型フィルタ部Ｓｆにおいて非接着材充填層８が設けられているフィルタ本体２ｂでは、セグメント部２０の振動が充填材によって防止される。加えて、充填材はセグメント部２０の表面に接着することなく充填されているため、各セグメント部２０は自由な伸縮を充填材によって制限されることがなく、個々のセグメント部２０がそれぞれの温度に応じた熱膨張率で自由に熱膨張できるという作用効果が、充填材によって妨げられることのないものとなっている。

上記では、焼成工程Ｐ４に先立って切断工程Ｐ２を行う場合を例示したが、他の実施形態の製造方法として、焼成工程の後に切断工程を行う製造方法を挙げることができる。即ち、かかる製造方法は、図７（ａ）に示すように、単一の軸方向Ｚに延びて列設された隔壁４により区画された複数のセル５からそれぞれ構成された複数のセグメント部２０、及び、隣接するセグメント部２０間を軸方向Ｚに垂直な方向に架橋していると共に、隣接するセグメント部２０を軸方向Ｚの全長Ｎにわたり連結している架橋型の連結部２１であって、架橋している方向に垂直な方向の幅ｄが隣接するセグメント部２０において互いに対面している側面の軸方向Ｚに垂直な方向の長Ｗさより短い連結部２１を備える成形体２５ｇを、焼成により多孔質体となる未焼成セラミックス材料で押出成形する成形工程Ｔ１と、各セグメント部においてセル５の一端を交互に封止する目封止工程Ｔ２と、成形体２５ｇを焼成して焼結体２５ｓを得る焼成工程Ｔ３と、焼結体２５ｓの一端から他端に向かって他端に至ることなく切断し連結部２１を切除することにより、隣接するセグメント部２０が未切断の連結部２１によって連結されている一体型フィルタ部Ｃｆ、及び、隣接するセグメント部２０間に連結部が存在しない分離型フィルタ部Ｓｆを備えるフィルタ本体の焼結体２５ｓを得る切断工程Ｔ４と、フィルタ本体の焼結体２５ｓの一体型フィルタ部Ｃｆにおいて、セグメント部２０及び連結部２１の間に未焼成の充填材を充填し未焼成材充填層２９を形成する未焼成材充填工程Ｔ５とを具備している。

また、この製造方法は、「切断工程では、焼結体２５ｓのガス流通の下流側となるべき端部Ｅｄからガス流通の上流側となるべき端部Ｅｕに向かって切断される」ものとすることができる。ここで、切断工程においては、長さの比Ｍ’／Ｎ’を１／５〜１／２とすると好適である。

このような他の実施形態の製造方法によっても、上記の作用効果を奏する上記構成のガス浄化フィルタを製造することができる。また、図７（ｂ）に示すように、未焼成材充填工程Ｔ５の後に非接着材充填工程Ｔ６を行うことにより、図５に示したように、更に非接着材充填層８を備えるフィルタ本体２ｂの焼結体２５ｓ’を製造することができる。更に、目封止材料を焼成することなく、同じ材料を使用して目封止工程と未焼成材充填工程とを同時に行うこともできる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、上記では、分離型フィルタ部Ｓｆにおいてセグメント部２０間の空間Ｏｐが、軸方向Ｚに垂直な方向でフィルタ本体を貫通して開放するように切断される場合を例示したが、これに限定されず、図８に示すように、セグメント部２０間の空間Ｏｐが軸方向Ｚに垂直な方向に貫通していない構成とすることもできる。このような構成のフィルタ本体２ｃは、分離型フィルタ部Ｓｆを備える端部側、即ち、切断工程Ｐ２で切断が開始される方の端部側においても、隣接するセグメント部２０が連結部２１で連結されている一体型フィルタ部Ｃｆを部分的に備える構成となる。

加えて、上記では、本発明をディーゼルエンジンから排出されるガスを浄化するＤＰＦに製造する製造方法に適用した場合を例示したが、これに限定されず、その他の内燃機関や蒸気タービン等で使用されるガス浄化フィルタ、即ち、高温下で使用されることがあるガス浄化フィルタの製造方法に広く適用することが可能である。

２ａ，２ｂ，２ｃ フィルタ本体
４ 隔壁
５ セル
８ 非接着材充填層
２０ セグメント部
２１ 連結部
２５ｇ フィルタ本体の成形体
２５ｓ フィルタ本体の焼結体
２９ 未焼成材充填層
Ｃｆ 一体型フィルタ部
Ｓｆ 分離型フィルタ部
Ｅｕ ガス流通の上流側となるべき端部
Ｅｄ ガス流通の下流側となるべき端部
Ｐ１，Ｔ１ 成形工程
Ｐ２，Ｐ３’，Ｔ４ 切断工程
Ｐ４，Ｔ３ 焼成工程
Ｐ５，Ｔ５ 未焼成材充填工程
Ｐ６，Ｔ６ 非接着材充填工程

特許第３１２１４９７号公報

Claims (3)

1. ガスの流通路に配設されてガス中の物質を捕集するガス浄化フィルタの製造方法であって、
   単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルからそれぞれ構成された複数のセグメント部、及び、隣接する前記セグメント部間を前記軸方向に垂直な方向に架橋していると共に、隣接する前記セグメント部を前記軸方向の全長にわたり連結している架橋型の連結部であって、架橋している方向に垂直な方向の幅が隣接する前記セグメント部において互いに対面している側面の前記軸方向に垂直な方向の長さより短い前記連結部を備える成形体を、焼成により多孔質体となる未焼成セラミックス材料で押出成形する成形工程と、
   前記成形体を焼成する前または後に、前記軸方向の一端から他端に向かって前記他端に至ることなく切断して前記連結部を切除することにより、隣接する前記セグメント部が未切断の前記連結部によって連結されている一体型フィルタ部、及び、隣接する前記セグメント部間に前記連結部が存在しない分離型フィルタ部を備えるフィルタ本体を形成する切断工程と、
   前記切断工程の後または前記切断工程に先立ち、前記成形体を焼成して焼結体とする焼成工程と
   前記焼結体の前記分離型フィルタ部において隣接する前記セグメント部間に、前記セグメント部の表面に接着することなく、シート状に形成されたセラミックス焼結体からなる充填材を充填する非接着材充填工程と
   を具備することを特徴とするガス浄化フィルタの製造方法。
2. 前記焼結体の前記一体型フィルタ部における前記セグメント部及び前記連結部の間に、未焼成の充填材を充填する未焼成材充填工程を、
   更に具備することを特徴とする請求項１に記載のガス浄化フィルタの製造方法。
3. 前記切断工程では、ガス流通の下流側となるべき端部からガス流通の上流側となるべき端部に向かって切断される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス浄化フィルタの製造方法。
   

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