JP6687438B2 - ハニカムフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、ハニカムフィルタに関する。更に詳しくは、省スペース化を実現することが可能なハニカムフィルタに関する。

様々な産業において、動力源として内燃機関が用いられている。一方で、内燃機関が燃料の燃焼時に排出する排ガスには、窒素酸化物等の有毒ガスと共に、煤や灰等の粒子状物質を大気中に放出する。以下、粒子状物質を「ＰＭ」ということがある。ディーゼルエンジンから排出されるＰＭの除去に関する規制は世界的に厳しくなっており、ＰＭを除去するためのフィルタとして、ハニカム構造を有するウォールフロー型のハニカムフィルタが用いられている。

ハニカムフィルタは、多孔質の隔壁によって流体の流路となる複数のセルが区画形成されたものであり、セルを交互に目封止することで、多孔質の隔壁がＰＭを除去するフィルタの役目を果たす構造となっている。

具体的には、流入端面からＰＭを含有する排ガスを流入させ、多孔質の隔壁でＰＭを捕集することによって濾過した後に、浄化された排ガスを流出端面から排出するハニカムフィルタが従来用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２６９５８５号公報

従来のウォールフロー型のハニカムフィルタは、その全体形状が、流入端面と流出端面が同一軸上にある柱状構造であるため、排ガスを排出するための配管の取り回し上、ハニカムフィルタの下流側に、一定の距離を確保する必要があった。このため、自動車などのような設置スペースに制約がある状況下では、ハニカムフィルタを設置するスペースの確保が問題になることがある。したがって、より省スペース化を実現することが可能なハニカムフィルタの開発の要望が高まっている。

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものである。本発明は、省スペース化を実現することが可能なハニカムフィルタを提供する。

本発明によれば、以下に示すハニカムフィルタが提供される。

［１］ 流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部と、前記ハニカム構造部を囲繞するように配設された外周壁と、複数の前記セルのいずれか一方の開口部に配設された目封止部と、を備え、複数の前記セルは、前記ハニカム構造部の流出端面側の前記開口部に前記目封止部が配設された流入セルと、前記ハニカム構造部の流入端面側の前記開口部に前記目封止部が配設された流出セルと、を含み、前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する面において、前記流入セルと前記流出セルとが隣り合うように配置され、且つ、前記流入セル及び前記流出セルは、それぞれ列状に配置されており、前記流出セル内の空間と前記外周壁の外側の外部空間とを、前記セルの延びる方向に直交する方向に連通する連通孔を有し、前記連通孔は、前記外周壁を貫通して前記流出セル内の空間のみに通じており、前記流出セルに流入した流体を、前記連通孔から前記外周壁の外側の外部空間に排出可能に構成されているハニカムフィルタ。

［２］ 前記連通孔により前記外周壁の外部空間と連通した前記流出セルのうちの一部又は全部が、同一列上に存在する前記流出セルの流出端面側の前記開口部に、更に前記目封止部が配設されている、前記［１］に記載のハニカムフィルタ。

［３］ 列方向における１個の前記流入セルの幅と、列方向における１個の前記流出セルの幅とが異なる、前記［１］又は［２］に記載のハニカムフィルタ。

［４］ 前記ハニカム構造部が、複数個のハニカムセグメントと、複数個の前記ハニカムセグメントの側面同士を接合する接合層と、から構成されたセグメント構造を有し、前記ハニカムセグメント及び前記接合層が、前記ハニカムセグメントの前記流出セル内に流入した流体を、前記セルの延びる方向に直交する方向に排出するための第二連通孔を有する、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

［５］ 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する面において、列方向と直交する方向に配設された前記隔壁のうちの少なくとも一部の前記隔壁の厚さが、当該列方向と平行に配設された前記隔壁の厚さよりも厚くなるように構成されている、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

本発明のハニカムフィルタは、流出セル内の空間と外周壁の外側の外部空間とを、セルの延びる方向に直交する方向に連通する連通孔を有している。このため、本発明のハニカムフィルタは、流出セルに流入した排ガス等の流体を、上記した連通孔から、外周壁の外側の外部空間に排出することができる。したがって、本発明のハニカムフィルタは、省スペース化を実現することできるという効果を奏するものであり、例えば、自動車などのような設置スペースに制約がある状況下においても、ハニカムフィルタを設置するスペースの確保が容易となる。

本発明のハニカムフィルタの第一実施形態を模式的に示す斜視図である。 図１に示すハニカムフィルタの流入端面を模式的に示す平面図である。 図１に示すハニカムフィルタの流出端面を模式的に示す平面図である。 図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す、断面図である。 図３のＢ−Ｂ’断面を模式的に示す、断面図である。 図５のＣ−Ｃ’断面を模式的に示す、断面図である。 本発明のハニカムフィルタの第二実施形態の流出端面を模式的に示す平面図である。 図７のＤ−Ｄ’断面を模式的に示す、断面図である。 本発明のハニカムフィルタの第三実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。 図９に示すハニカムフィルタの流出端面を模式的に示す平面図である。 図１０のＥ−Ｅ’断面を模式的に示す、断面図である。 図１１のＦ−Ｆ’断面を模式的に示す、断面図である。 本発明のハニカムフィルタの第四実施形態に用いられるハニカムセグメントを模式的に示す斜視図である。 図１３に示すハニカムセグメントの流入端面を模式的に示す平面図である。 図１３に示すハニカムセグメントの流出端面を模式的に示す平面図である。 図１３に示すハニカムセグメントのセルの延びる方向に直交する断面を模式的に示す断面図である。 本発明のハニカムフィルタの第四実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。 図１７に示すハニカムフィルタの流出端面を模式的に示す平面図である。 図１７に示すハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面を模式的に示す断面図である。 図１９に示すハニカムフィルタの一部を拡大した拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し適宜変更、改良等が加えられ得ることが理解されるべきである。

（１）ハニカムフィルタ（第一実施形態）：
図１〜図６に示すように、本発明のハニカムフィルタの第一実施形態は、ハニカム構造部４と、外周壁３と、目封止部５と、を備えたハニカムフィルタ１００である。ここで、図１は、本発明のハニカムフィルタの第一実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示すハニカムフィルタの流入端面を模式的に示す平面図である。図３は、図１に示すハニカムフィルタの流出端面を模式的に示す平面図である。図４は、図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す、断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ’断面を模式的に示す、断面図である。図６は、図５のＣ−Ｃ’断面を模式的に示す、断面図である。

ハニカム構造部４は、流体の流路となる複数のセル２を区画形成する多孔質の隔壁１を有する柱状のものである。外周壁３は、ハニカム構造部４を囲繞するように配設されたものである。目封止部５は、複数のセル２のそれぞれにおいて、各セル２のいずれか一方の開口部に配設されたものである。ここで、ハニカム構造部４の流出端面１２側の開口部に目封止部５が配設されたセル２を、流入セル２ａとする。また、ハニカム構造部４の流入端面１１側の開口部に目封止部５が配設されたセル２を、流出セル２ｂとする。

ハニカムフィルタ１００においては、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に直交する面において、流入セル２ａと流出セル２ｂとが隣り合うように配置されている。更に、流入セル２ａ及び流出セル２ｂは、それぞれ列状に配置されている。例えば、図２〜図４においては、複数の流入セル２ａが紙面の横方向に配列している。そして、上記した横方向に配列した各流入セル２ａと、横長形状の流出セル２ｂとが、紙面の縦方向において、隔壁１を挟んで隣り合うように配置されている。以下、本明細書では、流入セル２ａ及び流出セル２ｂが列状に配置される状態において、各列の延びる方向を「横方向」といい、また、各列の延びる方向に直交する方向を「縦方向」ということがある。

図２〜図４に示すハニカムフィルタ１００においては、列方向に延びるように配設された隔壁１により、「流入セル２ａの列」と「流出セル２ｂの列」とが区画されている。そして、「流入セル２ａの列」については、列方向と直交する方向に延びるように配設された隔壁１により、更に、流入セル２ａの列が区画され、複数の流入セル２ａが配列している。一方、流出セル２ｂは、１つの列に対して、横長形状の流出セル２ｂが１つ存在するものである。即ち、図２〜図４に示すように、「流出セル２ｂの列」については、列方向と直交する方向に延びるように配設された隔壁１が存在せずに、１つの列に対して、横長形状の流出セル２ｂが１つ存在するものとなっている。上記のように、１つの列に対して、横長形状の流出セル２ｂが１つ存在する場合も、流出セル２ｂは、列状に配置されているといえる。

本実施形態のハニカムフィルタ１００は、流出セル２ｂ内の空間と外周壁３の外側の外部空間とを、セル２の延びる方向に直交する方向に連通する連通孔７を有する点に、特徴的な構成を見出すことができる。この連通孔７は、外周壁３の側面に開口しており、流出セル２ｂ内に流入した排ガス等の流体を、セル２の延びる方向に直交する方向に排出するための流路となっている。したがって、ハニカムフィルタ１００は、流出セル２ｂに流入した排ガス等の流体を、上記連通孔７から、当該外周壁３の外側の外部空間に排出可能に構成されており、従来のハニカムフィルタに比して、省スペース化を実現することできるという効果を奏する。このように構成されたハニカムフィルタ１００によれば、自動車などのような設置スペースに制約がある状況下においても、ハニカムフィルタ１００を設置するスペースの確保が容易となる。

ハニカムフィルタ１００においては、ハニカム構造部４に形成されている全ての流出セル２ｂが、連通孔７を介して、外周壁３の外側の外部空間と連通していることが好ましい。即ち、ハニカムフィルタ１００は、流出セル２ｂの列の数と同数以上の連通孔７を有することが好ましい。更に、図１及び図６等に示すように、流出セル２ｂの列の両端側に連通孔７を有する場合には、流出セル２ｂの列の数の２倍以上の連通孔７を有することが好ましい。また、図６に示すように、１つの列に対して、横長形状の流出セル２ｂが１つ存在する場合は、外周壁３を貫通するような連通孔７によって、流出セル２ｂ内の空間と外周壁３の外側の外部空間とを連通することができる。また、１つの列に対して、流出セル２ｂが２つ以上存在する場合は、流出セル２ｂ同士を区画する隔壁１に対しても連通孔７（図示せず）を形成することが好ましい。このように構成することによって、１つの列に対して、流出セル２ｂが２つ以上配列する場合であっても、流出セル２ｂ内の空間と外周壁３の外側の外部空間とを、連通孔７によって連通することができる。

本実施形態のハニカムフィルタ１００において、流入セル２ａとは、流入端面１１側が開口しており、流入端面１１側から流体の流入が可能に構成されたセル２のことを意味している。一方で、流出セル２ｂについては、図１〜図６に示すように、流出端面１２側が開口しているセル２であってもよいし、流出端面１２側の開口部にも、更に目封止部５が配設されたセル２であってもよい。即ち、流出セル２ｂは、流出端面１２側が開口しているセル２、又は、流入端面１１及び流出端面１２の両方が目封止部５によって目封止されているセル２である。流入端面１１及び流出端面１２の両方が目封止部５によって目封止されている流出セル２ｂにおいては、連通孔７により、当該流出セル２ｂ内に流入した流体の排出が可能である。

上記したように、本実施形態のハニカムフィルタにおいては、連通孔により外周壁の外部空間と連通した流出セルのうちの一部又は全部が、同一列上に存在する流出セルの流出端面側の開口部に、更に目封止部５が配設されていてもよい。このように構成されたハニカムフィルタにおいては、流出セル内に流入した流体を、連通孔によって優先的に排出することができる。なお、流入端面及び流出端面の両方が目封止部によって目封止されている構成については、後述する第二実施形態にて更に詳しく説明する。

本実施形態のハニカムフィルタにおいては、列方向における１個の流入セルの幅と、列方向における１個の流出セルの幅とが異なっていてもよい。流出セルの幅を流入セルの幅よりも大きくすることで、流出セルにおける流路抵抗を低減させ、連通孔７からの流出を促進させることができる、という利点がある。逆に、流入セルの幅を流出セルの幅よりも大きくすることで、ススなどが堆積した場合の圧力損失を低減することができる、という利点がある。例えば、列方向における１個の流入セルの幅と、列方向における１個の流出セルの幅とを比較した場合に、いずれか一方が少なくとも１．１倍であることが好ましく、１．２倍〜２．０倍であることが更に好ましく、１．３倍〜１．８倍であることが特に好ましい。

列方向における１個の流入セルの開口幅は、１．０〜４．０ｍｍであることが好ましく、１．１〜３．５ｍｍであることが更に好ましく、１．２〜３．０ｍｍであることが特に好ましい。列方向における１個の流入セルの開口幅が、４．０ｍｍを超えると、ハニカムフィルタの強度が不足することがある。列方向における１個の流入セルの開口幅が、１．０ｍｍ未満であると、ハニカムフィルタの圧力損失が増大することや、触媒を担持した場合に、担持した触媒によってセルの目詰まりが発生することがある。

流入セルの列の幅、及び流出セルの列の開口幅については、例えば、１．０〜４．０ｍｍであることが好ましく、１．１〜３．５ｍｍであることが更に好ましく、１．２〜３．０ｍｍであることが特に好ましい。流入セルの列の開口幅、及び流出セルの列の開口幅を、以下、単に「セル列の幅」ということがある。セル列の幅が、４．０ｍｍを超えると、ハニカムフィルタの強度が不足することがある。セル列の幅が、１．０ｍｍ未満であると、ハニカムフィルタの圧力損失が増大することや、触媒を担持した場合に、担持した触媒によってセルの目詰まりが発生することがある。

各セルを区画形成する隔壁の厚さは、０．１５〜０．６ｍｍであることが好ましく、０．２〜０．５５ｍｍであることが更に好ましく、０．３〜０．５ｍｍであることが特に好ましい。隔壁の厚さが０．１５ｍｍ未満であると、ハニカムフィルタの十分な強度を維持することができなくなることがある。隔壁の厚さが０．６ｍｍを超えると、ハニカムフィルタの圧力損失が増大してしまう。このため、ハニカムフィルタを車両に搭載した際に、排気抵抗が高くなり燃費の悪化を引き起こしてしまう。隔壁の厚さは、ハニカムフィルタの断面の形状を、走査型電子顕微鏡によって観測することにより測定した値である。

列方向と直交する方向に配設された隔壁の厚さと、当該列方向と平行に配設された隔壁の厚さとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、ハニカム構造部のセルの延びる方向に直交する面において、列方向と直交する方向に配設された隔壁のうちの少なくとも一部の隔壁の厚さが、当該列方向と平行に配設された隔壁の厚さよりも厚くなるように構成されていてもよい。

ハニカム構造部の隔壁の気孔率が、２５〜７５％であることが好ましく、３０〜７０％であることが更に好ましく、３５〜６５％であることが特に好ましい。隔壁の気孔率が２５％未満であると、ハニカムフィルタの圧力損失が増大することがある。隔壁の気孔率が７５％を超えると、ハニカムフィルタの機械的強度が不十分となり、排ガス浄化装置に用いられる缶体内にハニカムフィルタを収納する際に、ハニカムフィルタを十分な把持力で保持することが困難となる。隔壁の気孔率は、水銀ポロシメータ（Ｍｅｒｃｕｒｙ ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｅｒ）によって計測された値とする。

ハニカム構造部の材料が、炭化珪素、コージェライト、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、ムライト、アルミナ、炭化珪素−コージェライト系複合材料、チタン酸アルミニウム、及びチタン酸アルミニウム−コージェライト系複合材料から構成される材料群より選択される少なくとも一種の材料を含むことが好ましい。そして、ハニカム構造部の材料が、上記材料群より選択される少なくとも一種の材料を、３０質量％以上含むことが好ましく、４０質量％以上含むことが更に好ましく、５０質量％以上含むことが特に好ましい。

セルの延びる方向に直交する断面におけるセルの形状は、特に限定されない。但し、流入セル及び流出セルが、それぞれ一列に配列可能な形状であることが好ましい。流入セルは、セルの形状が四角形であることが好ましい。流出セルは、流入セルのセル形状よりも、列に延びる方向に横広の四角形であることが好ましい。

ハニカムフィルタの全体形状については特に制限はない。本実施形態のハニカムフィルタの全体形状は、流入端面及び流出端面の形状が、円形、又は楕円形であることが好ましく、特に、円形であることが好ましい。また、ハニカムフィルタの大きさは、特に限定されないが、流入端面から流出端面までの長さが、１００〜４００ｍｍであることが好ましい。また、ハニカムフィルタの全体形状が円柱状の場合、それぞれの端面の直径が、１００〜４００ｍｍであることが好ましい。

連通孔は、ハニカム構造部のセルの延びる方向の中央部分よりも流出端面側寄りに形成されていることが好ましい。このように構成されることにより、ハニカムフィルタの浄化性能を良好に発現させることができる。なお、連通孔は、ハニカム構造部のセルの延びる方向の長さに対して、流入端面から５０〜１００％の範囲に形成されていることがより好ましく、５５〜９０％の範囲に形成されていることが更に好ましく、６０〜８０％の範囲に形成されていることが特に好ましい。

連通孔の開口部分の大きさについては特に制限はない。「連通孔の開口部分の大きさ」とは、外周壁の側面に開口する、１つの連通孔の開口部分の大きさのことをいう。例えば、連通孔の開口部分の大きさは、連通孔が形成された流出セルと隣り合う流入セルの総開口面積の１〜５０％であることが好ましい。

本実施形態のハニカムフィルタは、内燃機関の排ガス浄化用のフィルタとして好適に用いることができる。また、本実施形態のハニカムフィルタは、ハニカム構造部の隔壁の表面及び隔壁の細孔のうちの少なくとも一方に、排ガス浄化用の触媒が担持されたものであってもよい。

（２）ハニカムフィルタ（第二実施形態）：
次に、本発明のハニカムフィルタの第二実施形態について説明する。本実施形態のハニカムフィルタは、図７及び図８に示すようなハニカムフィルタ２００である。ここで、図７は、本発明のハニカムフィルタの第二実施形態の流出端面を模式的に示す平面図である。図８は、図７のＤ−Ｄ’断面を模式的に示す、断面図である。

図７及び図８に示すハニカムフィルタ２００は、柱状のハニカム構造部４と、外周壁３と、目封止部５とを備えたものである。そして、ハニカムフィルタ２００は、以下に説明するような目封止部５を更に備えること以外は、図１〜図６に示す第一実施形態のハニカムフィルタ１００と同様に構成されている。図７及び図８に示すハニカムフィルタ２００は、連通孔７により外周壁３の外部空間と連通した流出セル２ｂの流出端面側の開口部に配設された目封止部５を更に備えたものである。

図７及び図８に示すハニカムフィルタ２００においては、流出セル２ｂが、流入端面１１及び流出端面１２の両方が目封止部５によって目封止されているセル２となっている。このように構成されたハニカムフィルタ２００は、流出セル２ｂ内に流入した全ての流体を、外周壁３の側面に開口した連通孔７から排出することができる。このように構成することによって、ハニカムフィルタ２００の流出端面１２側において、排ガスを排出するための配管の取り回しが不要となり、ハニカムフィルタ２００の設置スペースをより小さくすることができる。

（３）ハニカムフィルタ（第三実施形態）：
次に、本発明のハニカムフィルタの第三実施形態について説明する。本実施形態のハニカムフィルタは、図９〜図１２に示すようなハニカムフィルタ３００である。ここで、図９は、本発明のハニカムフィルタの第三実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。図１０は、図９に示すハニカムフィルタの流出端面を模式的に示す平面図である。図１１は、図１０のＥ−Ｅ’断面を模式的に示す、断面図である。図１２は、図１１のＦ−Ｆ’断面を模式的に示す、断面図である。

図９〜図１２に示すハニカムフィルタ３００は、柱状のハニカム構造部４と、外周壁３と、目封止部５とを備えたものである。ハニカム構造部４は、流体の流路となる複数のセル２を区画形成する多孔質の隔壁１を有する柱状のものである。外周壁３は、ハニカム構造部４を囲繞するように配設されたものである。目封止部５は、複数のセル２のそれぞれにおいて、各セル２のいずれか一方の開口部に配設されたものである。

ハニカムフィルタ３００においても、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に直交する面において、流入セル２ａと流出セル２ｂとが隣り合うように配置されている。更に、流入セル２ａ及び流出セル２ｂは、それぞれ列状に配置されている。

ハニカムフィルタ３００においては、図９〜図１２に示すように、列方向と直交する方向に延びるように配設された隔壁１ａが、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に直交する面を縦断するように配置されている。したがって、ハニカムフィルタ３００においては、流出セル２ｂの列が、上記隔壁１ａによって更に区画され、１つの列内において、複数の流出セル２ｂが配列するように構成されている。

ハニカムフィルタ３００は、流出セル２ｂ内の空間と、外周壁３の外側の外部空間とを、セル２の延びる方向に直交する方向に連通する連通孔７を有する。この連通孔７は、外周壁３の側面に開口しており、流出セル２ｂ内に流入した排ガス等の流体を、セル２の延びる方向に直交する方向に排出するための流路となっている。

ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に直交する面において、列方向と直交する方向に配設された隔壁１ａのうちの少なくとも一部の隔壁１ａの厚さが、当該列方向と平行に配設された隔壁１の厚さよりも厚くなっていることが好ましい。特に、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に直交する面において、当該面を縦断するように配設された隔壁１ａの厚さが、当該面を横断するように配設された隔壁１の厚さよりも厚くなっていることがより好ましい。このように構成することにより、ハニカムフィルタ３００の強度、特に、列方向と直交する方向における圧縮強度を良好に向上させることができる。

ハニカムフィルタ３００は、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に直交する面において、当該面を縦断するように配設された３つの隔壁１ａにより、当該面が横方向に４分割されている。そして、図１１及び図１２に示すように、当該面を縦断するように配設された３つの隔壁１ａのうちの中央に位置する隔壁１ａは、当該面の中央にて、流出セル２ｂを２つに区画している。当該面を縦断するように配設された３つの隔壁１ａのうちの両側の２つの隔壁１ａは、外周寄りの流出セル２ｂと中央寄りの流出セル２ｂとを区画しつつ、その隔壁１ａの一部に、当該隔壁１ａが区画する２つの流出セル２ｂ相互間を連通する連通孔７を有している。そして、ハニカムフィルタ３００においては、外周寄りの流出セル２ｂが、外周壁３に形成された連通孔７を介して、外周壁３の外側の外部空間と連通している。このため、ハニカムフィルタ３００は、外周壁３に開口している連通孔から、流出セル２ｂ内に流入した排ガス等の流体を排出することができる。

ここで、本実施形態のハニカムフィルタ３００において、列方向と直交する方向に配設された隔壁１ａの厚さを「隔壁１ａの厚さＬａ」とし、列方向と平行に配設された隔壁１の厚さを「隔壁１の厚さＬｂ」とする。隔壁１ａの厚さＬａは、隔壁１の厚さＬｂの１．１〜１０倍であることが好ましく、１．５〜８．０倍であることが更に好ましく、２．０〜５．０倍であることが特に好ましい。隔壁１ａの厚さＬａが、隔壁１の厚さＬｂの１．１倍未満であると、列方向と直交する方向に対しての機械的強度向上効果が十分に発現しないことがある。一方、隔壁１ａの厚さＬａが、隔壁１の厚さＬｂの１０倍を超えると、流出セル２ｂの容積が減少し、ハニカムフィルタ２００の圧力損失が増大することがある。

ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に直交する面を縦断するように配設された隔壁１ａは、図９〜図１２に示すような３つの隔壁１ａに限定されることはなく、その数を適宜増減することができる。この際、流出セル２ｂは、１つの列において、当該面の中央にて２つに区画され、更に、２つに区画された流出セル２ｂは、連通孔７を有する隔壁１ａによって複数個に区画されていることが好ましい。

（４）ハニカムフィルタ（第四実施形態）：
次に、本発明のハニカムフィルタの第四実施形態について説明する。本実施形態のハニカムフィルタは、図１７〜図２０に示すようなハニカムフィルタ４００である。ここで、図１７は、本発明のハニカムフィルタの第四実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。図１８は、図１７に示すハニカムフィルタの流出端面を模式的に示す平面図である。図１９は、図１７に示すハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面を模式的に示す断面図である。図２０は、図１９に示すハニカムフィルタの一部を拡大した拡大断面図である。

図１７〜図２０に示すように、ハニカムフィルタ４００は、柱状のハニカム構造部２４と、外周壁２３と、目封止部２５とを備えたものである。そして、本実施形態のハニカムフィルタ４００においては、ハニカム構造部２４が、複数個のハニカムセグメント２４ａと、接合層２９と、から構成されたセグメント構造を有している。

ハニカムセグメント２４ａは、図１３〜図１６に示すように、流体の流路となる複数のセル２２を区画形成する多孔質の隔壁２１を有する柱状のものである。図１３は、本発明のハニカムフィルタの第四実施形態に用いられるハニカムセグメントを模式的に示す斜視図である。図１４は、図１３に示すハニカムセグメントの流入端面を模式的に示す平面図である。図１５は、図１３に示すハニカムセグメントの流出端面を模式的に示す平面図である。図１６は、図１３に示すハニカムセグメントのセルの延びる方向に直交する断面を模式的に示す断面図である。

図１３〜図１６に示すように、目封止部２５は、ハニカムセグメント２４ａに形成された複数のセル２２のそれぞれにおいて、各セル２２のいずれか一方の開口部に配設されたものである。ここで、ハニカムセグメント２４ａの流出端面３２側の開口部に目封止部２５が配設されたセル２２を、流入セル２２ａとする。また、ハニカムセグメント２４ａの流入端面３１側の開口部に目封止部２５が配設されたセル２２を、流出セル２２ｂとする。

ハニカムセグメント２４ａのセル２２の延びる方向に直交する面において、流入セル２２ａと流出セル２２ｂとが隣り合うように配置されている。更に、流入セル２２ａ及び流出セル２２ｂは、それぞれ列状に配置されている。例えば、図１３〜図１６においては、複数の流入セル２２ａが紙面の横方向に配列している。そして、上記した横方向に配列した各流入セル２２ａと、横長形状の流出セル２２ｂとが、紙面の縦方向において、隔壁２１を挟んで隣り合うように配置されている。なお、ハニカムセグメント２４ａの流入セル２２ａ及び流出セル２２ｂの位置関係は、第一実施形態のハニカムフィルタにおける好適例と同様に構成されていることが好ましい。

ハニカムセグメント２４ａは、流出セル２２ｂ内の空間とハニカムセグメント２４ａの外部の空間とを、セル２２の延びる方向に直交する方向に連通する第二連通孔２８を有している。第二連通孔２８は、ハニカムセグメント２４ａの流出セル２２ｂ内に流入した流体を、セル２２の延びる方向に直交する方向に排出するための流路となる。

図１７〜図２０に示すハニカムフィルタ４００においては、上記のように構成されたハニカムセグメント２４ａの複数個が、接合層２９を介して相互に接合されることにより、１つのハニカム構造部２４が形成されている。接合層２９は、複数個のハニカムセグメント２４ａの側面２６（図１３参照）同士を接合するものであり、例えば、セラミック材料を含む接合材によって形成されたものを挙げることができる。以下、複数個のハニカムセグメント２４ａが、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で接合されたハニカム構造部２４を、「セグメント構造のハニカム構造部２４」ということがある。

本実施形態のハニカムフィルタ４００においては、複数個のハニカムセグメント２４ａを接合する接合層２９も、第二連通孔２８を有している。接合層２９における第二連通孔２８は、接合層２９によって接合された２つのハニカムセグメント２４ａの相互間で、流出セル２２ｂ内に流入した流体を移動させるための流路となる。

ハニカムフィルタ４００の外周壁２３は、セグメント構造のハニカム構造部２４の外周を囲繞するように配設されたものである。外周壁２３は、例えば、セグメント構造のハニカム構造部２４の側面にセラミック材料を含む外周コート材を塗工することによって作製された外周コート層を挙げることができる。

ハニカムフィルタ４００は、各ハニカムセグメント２４ａの流出セル２２ｂ内の空間と外周壁２３の外側の外部空間とを、セル２２の延びる方向に直交する方向に連通する連通孔２７を有する。即ち、ハニカムフィルタ４００においては、セグメント構造のハニカム構造部２４の外周を囲繞するように配設された外周壁２３に、連通孔２７が形成されている。そして、この連通孔２７によって、各ハニカムセグメント２４ａの流出セル２２ｂ内の空間と、外周壁２３の外側の外部空間と、が連通している。したがって、このように構成されたハニカムフィルタ４００においても、第一実施形態のハニカムフィルタ１００（図１参照）と同様の作用効果を得ることができる。

（５）ハニカムフィルタの製造方法：
次に、本発明のハニカムフィルタを製造する方法について説明する。

まず、ハニカム構造部を作製するための可塑性の坏土を作製する。ハニカム構造部を作製するための坏土は、原料粉末として、前述の隔壁の好適な材料群の中から選ばれた材料に、適宜、バインダ等の添加剤、及び水を添加することによって作製することができる。

次に、作製した坏土を押出成形することにより、複数のセルを区画形成する隔壁、及び最外周に配設された外周壁を有する、柱状のハニカム成形体を得る。押出成形においては、押出成形用の口金として、坏土の押出面に、成形するハニカム成形体の反転形状となるスリットが形成されたものを用いることができる。特に、本発明のハニカムフィルタを製造する際には、押出成形用の口金として、流入セル及び流出セルの形状が、所望の形状となるようなスリットが形成された口金を用いることが好ましい。

なお、セグメント構造のハニカム構造部を備えたハニカムフィルタを製造する場合には、押出成形によって、複数個のハニカムセグメント用のハニカム成形体を作製する。

押出成形によって得られたハニカム成形体には、その外周面に開口を有する連通孔が形成されていない。このため、以下に説明する乾燥工程や焼成工程を行った後に、適宜、孔開け加工等の公知加工技術を用いて連通孔を形成することが好ましい。

次に、得られたハニカム成形体を、例えば、マイクロ波及び熱風で乾燥する乾燥工程を行ってもよい。

次に、ハニカム成形体に形成されたセルの開口部を目封止することで目封止部を形成する。具体的には、ハニカム成形体の一方の端面全域を覆うようにフィルムを被せ、当該フィルムの、流出セルとなるセルの開口部に該当する箇所に孔を開ける。次に、ハニカム成形体のフィルムを施した側の端部を、セラミック材料を含有するスラリー状の目封止材料に浸漬することによって、流出セルとなるセルの開口部に、目封止材料を充填する。ハニカム成形体の一方の端面は、最終的に得られるハニカムフィルタにおいて、流入端面とする。次に、ハニカム成形体の他方の端面全域を覆うようにフィルムを被せ、当該フィルムの、流入セルとなるセルの開口部に該当する箇所に孔を開ける。次に、ハニカム成形体のフィルムを施した側の端部を、セラミック材料を含有するスラリー状の目封止材料に浸漬することによって、流入セルとなるセルの開口部に、目封止材料を充填する。ハニカム成形体の他方の端面は、最終的に得られるハニカムフィルタにおいて、流出端面となる。本発明のハニカムフィルタを製造する際には、流入セル及び流出セルのそれぞれが、一の方向に列状に配置されるように目封止部を形成する。この際、流入セルの列と、流出セルの列とが、隔壁を隔てて、列方向と直交する方向に隣り合うようにする。

次に、得られたハニカム成形体を焼成する焼成工程を行うことにより、ハニカム焼成体を得る。焼成温度及び焼成雰囲気は原料により異なり、当業者であれば、選択された材料に最適な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。

次に、得られたハニカム焼成体の外周壁の側面から、流出セルまで貫通する孔を穿孔する。このようにして外周壁に穿孔された孔が、本発明のハニカムフィルタにおける連通孔となる。流出セルまで貫通する孔を穿孔する方法については特に制限はなく、例えば、ハンドグラインダーや超音波カッターによって行うことができる。

また、流入セルの列方向において、複数個の流入セルが縦方向に延びる隔壁によって区画されている場合には、流入セル同士を縦方向に区画する隔壁に対しても、ハニカム焼成体の外周壁の側面から孔を穿孔することが好ましい。このように穿孔した孔が、例えば、図１１に示すハニカムフィルタ３００における、２つの流出セル２ｂ相互間を連通する連通孔７となる。

流出セルまで貫通する孔を穿孔する工程は、ハニカム成形体を焼成する焼成工程の前に行ってもよい。即ち、ハニカム成形体を乾燥した乾燥体に対して、当該乾燥体の外周壁の側面から、流出セルまで貫通する孔を穿孔し、連通孔を形成してもよい。

セグメント構造のハニカム構造部を備えたハニカムフィルタを製造する場合には、連通孔を形成したハニカム焼成体を１つのハニカムセグメントとする。そして、複数個のハニカムセグメントの側面に、セラミック原料を含む接合材を塗工し、複数個のハニカムセグメントを相互に接合することによって、セグメント構造のハニカム構造部を作製する。ハニカムセグメントの側面に接合材を塗工する際には、ハニカムセグメントの側面に開口する第二連通孔の開口部を避けるように接合材を塗工することで、接合材によって形成される接合層に対しても、第二連通孔を簡便に形成することができる。このようにして得られたセグメント構造のハニカム構造部の側面に、従来公知の方法により外周コート材を塗工し、ハニカムフィルタの外周壁となる外周コート層を作製する。そして、この外周コート層に対して、第二連通孔が形成されている箇所に孔を穿孔することで、ハニカムフィルタの連通孔を形成する。

以上のような方法により、本発明のハニカムフィルタを製造することができる。ただし、本発明のハニカムフィルタを製造する方法は、これまでに説明した方法に限定されることはない。

（実施例１）
炭化珪素粉末を８０質量部と、Ｓｉ粉末２０質量部とを混合して、混合粉末を得た。この混合粉末に、バインダ、造孔材、及び水を添加して、成形原料とした。次に、成形原料を混練して円柱状の坏土を作製した。

次に、所定の形状の口金を用いて坏土を押出成形し、全体形状が四角柱状のハニカム成形体を得た。ハニカム成形体は、図１３〜図１６に示すハニカムセグメント２４ａのように、その端面において、横方向に四角形のセル２２が隣接するように配列したセル列と、横方向の一端から他端までが１つのセル２２によって構成されたセル列と、を含むものであった。そして、上記した２種類のセル列は、縦方向に交互に配置されていた。実施例１においては、このようなハニカム成形体を、１６個作製した。

次に、ハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、ハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。

次に、乾燥したハニカム成形体に、目封止部を形成した。具体的には、まず、ハニカム成形体の流入端面に、「横方向に四角形のセルが隣接するように配列したセル列」が覆われるようにマスクを施した。その後、マスクの施されたハニカム成形体の端部を、目封止スラリーに浸漬し、マスクが施されていないセル列の開口部に目封止スラリーを充填した。その後、ハニカム成形体の流出端面に、「横方向の一端から他端までが１つのセルによって構成されたセル列」が覆われるようにマスクを施した。その後、マスクの施されたハニカム成形体の端部を、目封止スラリーに浸漬し、マスクが施されていないセル列の開口部に目封止スラリーを充填した。その後、目封止部を形成したハニカム成形体を、更に、熱風乾燥機で乾燥した。以下、「横方向に四角形のセルが隣接するように配列したセル列」を「流入セル列」ということがある。また、「横方向の一端から他端までが１つのセルによって構成されたセル列」を「流出セル列」ということがある。

次に、目封止部を形成したハニカム成形体を脱脂し、焼成してハニカム焼成体を得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。ハニカム焼成体は、全体形状が四角柱状であった。ハニカム焼成体の端面の形状は、一辺の長さが３６ｍｍの正方形であった。ハニカム焼成体のセルの延びる方向の長さは、１５２ｍｍであった。ハニカム焼成体の隔壁の厚さは、０．４０ｍｍであった。流入セル列の幅は、２．０ｍｍであり、流出セル列の幅は、２．０ｍｍであった。また、流入セル列は、列の延びる方向に２．０ｍｍの開口幅で、縦方向の隔壁が配置されていた。

次に、得られたハニカム焼成体に、ハニカム焼成体の側面から流入セル列まで貫通する孔を穿孔した。孔を穿孔する位置は、ハニカム焼成体の流入端面から８０ｍｍの位置とした。孔の大きさは、幅１．５ｍｍとして、セルの延びる方向の長さは、隣り合う流入セルの総開口面積の３０％となるように調整した。「流入セル列まで貫通する孔」の穿孔は、ハニカム焼成体の全ての流入セル列に対して行った。

次に、得られた１６個のハニカム焼成体を、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で接合材によって接合し、ハニカム接合体を作製した。ハニカム接合体は、その端面において、縦方向に４個、横方向に４個の合計１６個のハニカム焼成体が配列するように接合して作製した。なお、ハニカム焼成体の側面に接合材を塗工する際には、上記した孔の開口部分を避けるようにして接合材を塗工し、当該孔の開口部分が接合材によって塞がれないようにした。

次に、ハニカム接合体の外周部を研削によって加工して、ハニカム接合体のセルの延びる方向に垂直な断面の形状を円形にした。その後、研削加工したハニカム接合体の最外周に、セラミック原料を含む外周コート材を塗工した。その後、ハニカム焼成体に穿孔した孔の開口部分に該当する箇所の外周コート材を除去し、流入セルと外部空間とを連通する連通孔を形成した。

外周コート材を塗工したハニカム接合体を、６００℃で熱処理して、実施例１のハニカムフィルタを作製した。実施例１のハニカムフィルタは、ハニカム接合体によって構成されたハニカム構造部と、外周コート材によって形成された外周壁と、を備えたものであった。

実施例１のハニカムフィルタは、隔壁の気孔率が４１％であった。また、端面の直径が１４４ｍｍ、セルの延びる方向における長さが１５２ｍｍであった。隔壁の気孔率は、水銀ポロシメータによって測定した値である。

実施例１のハニカムフィルタは、ハニカムフィルタの外周壁に開口した連通孔から、流出セル内の流体を排出可能に構成されたものあった。

（実施例２）
実施例１にて作製したハニカム成形体と同形状のハニカム成形体を１６個作製した。得られたハニカム成形体を、マイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、ハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。

実施例２においては、以下の方法で、乾燥したハニカム成形体に、目封止部を形成したこと以外は、実施例１と同様の方法によって、１６個のハニカムセグメントを用いてハニカムフィルタを作製した。まず、乾燥したハニカム成形体の流入端面に、「横方向に四角形のセルが隣接するように配列したセル列」が覆われるようにマスクを施した。その後、マスクの施されたハニカム成形体の端部を、目封止スラリーに浸漬し、マスクが施されていないセル列の開口部に目封止スラリーを充填した。次に、ハニカム成形体の流出端面について、マスクを施さず、ハニカム成形体の流出端面側の端部を、目封止スラリーに浸漬し、流出端面側の全てセル列の開口部に目封止スラリーを充填した。その後、目封止部を形成したハニカム成形体を、更に、熱風乾燥機で乾燥した。

実施例２のハニカムフィルタは、流出端面側において、流入セル及び流出セルの開口部が全て目封止部によって目封止されたものであった。実施例２のハニカムフィルタは、ハニカムフィルタの外周壁に開口した連通孔から、流出セル内の流体を排出するように構成されたものあった。

（比較例１）
炭化珪素粉末を８０質量部と、Ｓｉ粉末２０質量部とを混合して、混合粉末を得た。この混合粉末に、バインダ、造孔材、及び水を添加して、成形原料とした。次に、成形原料を混練して円柱状の坏土を作製した。

次に、所定の形状の口金を用いて坏土を押出成形し、端面における開口部の形状が四角形であるセルを複数有し、全体形状が四角柱状のハニカム成形体を得た。ハニカム成形体は、１６個作製した。

次に、乾燥したハニカム成形体に、目封止部を形成した。具体的には、まず、ハニカム成形体の流入端面に、流入セルが覆われるようにマスクを施した。その後、マスクの施されたハニカム成形体の端部を、目封止スラリーに浸漬し、マスクが施されていない流出セルの開口部に目封止スラリーを充填した。その後、ハニカム成形体の流出端面についても、上記と同様の方法で、流入セルの開口部に目封止スラリーを充填した。その後、目封止部を形成したハニカム成形体を、更に、熱風乾燥機で乾燥した。

次に、目封止部を形成したハニカム成形体を脱脂し、焼成してハニカム焼成体を得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。ハニカム焼成体は、全体形状が四角柱状であった。ハニカム焼成体の端面の形状は、一辺の長さが３６ｍｍの正方形であった。

次に、得られた１６個のハニカム焼成体を、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で接合材によって接合し、ハニカム接合体を作製した。ハニカム接合体は、その端面において、縦方向に４個、横方向に４個の合計１６個のハニカム焼成体が配列するように接合して作製した。

次に、ハニカム接合体の外周部を研削によって加工して、ハニカム接合体のセルの延びる方向に垂直な断面の形状を円形にした。その後、研削加工したハニカム接合体の最外周に、セラミック原料を含む外周コート材を塗工した。次に、外周コート材を塗工したハニカム接合体を、６００℃で熱処理して、比較例１のハニカムフィルタを作製した。

比較例１のハニカムフィルタは、隔壁の気孔率が４１％であった。また、隔壁の厚さが、０．４０ｍｍであった。比較例１のハニカムフィルタは、セル密度が、２４．８個／ｃｍ^２であり、流入セルと流出セルとが隔壁を挟んで交互に配置されたものであった。比較例１のハニカムフィルタは、端面の直径が１４４ｍｍ、セルの延びる方向における長さが１５２ｍｍであった。

（設置スペース評価）
比較例１のハニカムフィルタを、ディーゼルエンジンの排気管に接続して、排ガス中の粒子状物質を除去する浄化試験を行った。この際、比較例１のハニカムフィルタでは、ハニカムフィルタの下流側に配設される排気管の長さを２００ｍｍ以上確保しないと、排気抵抗の増加が確認された。実施例１のハニカムフィルタについて、ハニカムフィルタの下流側に配設される排気管の長さを２００ｍｍ確保した比較例１のハニカムフィルタと同程度の排気抵抗となるように、ハニカムフィルタの下流側に配設される排気管の長さを調整した。実施例１のハニカムフィルタは、比較例１のハニカムフィルタに比して、ハニカムフィルタの下流側に配設される排気管の長さを５０％短くすることができた。更に、実施例２のハニカムフィルタは、ハニカムフィルタの下流側に排気管を設置する必要がなく、ハニカムフィルタの設置スペースを大幅に低減することができた。なお、実施例１、２及び比較例１のハニカムフィルタは、粒子状物質を捕集除去する浄化性能は、ほぼ同程度の性能を示すものであった。

本発明のハニカムフィルタは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等から排出される排ガスを浄化するためのフィルタとして利用することができる。

１：隔壁、１ａ：隔壁（列方向と直交する方向に配設された隔壁）、２：セル、２ａ：流入セル、２ｂ：流出セル、３：外周壁、４：ハニカム構造部、５：目封止部、７：連通孔、１１：流入端面、１２：流出端面、２１：隔壁、２２：セル、２２ａ：流入セル、２２ｂ：流出セル、２３：外周壁、２４：ハニカム構造部、２４ａ：ハニカムセグメント、２５：目封止部、２６：ハニカムセグメントの側面、２７：連通孔、２８：第二連通孔、２９：接合層、３１：流入端面、３２：流出端面、１００，２００，３００，４００：ハニカムフィルタ。

Claims (5)

1. 流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部と、
   前記ハニカム構造部を囲繞するように配設された外周壁と、
   複数の前記セルのいずれか一方の開口部に配設された目封止部と、を備え、
   複数の前記セルは、前記ハニカム構造部の流出端面側の前記開口部に前記目封止部が配設された流入セルと、前記ハニカム構造部の流入端面側の前記開口部に前記目封止部が配設された流出セルと、を含み、
   前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する面において、前記流入セルと前記流出セルとが隣り合うように配置され、且つ、前記流入セル及び前記流出セルは、それぞれ列状に配置されており、
   前記流出セル内の空間と前記外周壁の外側の外部空間とを、前記セルの延びる方向に直交する方向に連通する連通孔を有し、
   前記連通孔は、前記外周壁を貫通して前記流出セル内の空間のみに通じており、
   前記流出セルに流入した流体を、前記連通孔から前記外周壁の外側の外部空間に排出可能に構成されているハニカムフィルタ。
2. 前記連通孔により前記外周壁の外部空間と連通した前記流出セルのうちの一部又は全部が、同一列上に存在する前記流出セルの流出端面側の前記開口部に、更に前記目封止部が配設されている、請求項１に記載のハニカムフィルタ。
3. 列方向における１個の前記流入セルの幅と、列方向における１個の前記流出セルの幅とが異なる、請求項１又は２に記載のハニカムフィルタ。
4. 前記ハニカム構造部が、複数個のハニカムセグメントと、複数個の前記ハニカムセグメントの側面同士を接合する接合層と、から構成されたセグメント構造を有し、
   前記ハニカムセグメント及び前記接合層が、前記ハニカムセグメントの前記流出セル内に流入した流体を、前記セルの延びる方向に直交する方向に排出するための第二連通孔を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
5. 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する面において、列方向と直交する方向に配設された前記隔壁のうちの少なくとも一部の前記隔壁の厚さが、当該列方向と平行に配設された前記隔壁の厚さよりも厚くなるように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。

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