JPH1052618A

JPH1052618A - ハニカム構造体とその製造方法及び用途、並びに加熱装置

Info

Publication number: JPH1052618A
Application number: JP8170958A
Authority: JP
Inventors: Mitsushige Ogawa; 充茂小川; Yasuo Imamura; 保男今村
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2016-07-01
Also published as: JP4246802B2

Abstract

(57)【要約】【課題】可燃性微粒子の捕集効果に優れたハニカム構造
体特にディーゼルパティキュレートフィルタを提供する
こと。【解決手段】ハニカム構造体のセル壁表面の表面粗さが
１０点平均粗さ（Ｒｚ）で３０μｍ以上であることを特
徴とするハニカム構造体。このようなハニカム構造体で
構成されてなるディーゼルパティキュレートフィルタ。
被処理物（２）に通電するための一対の電極（３）及
び（４）と、この一対の電極の側面には上記被処理物を
外部加熱するためのサイドヒーター（１０）とが、加熱
処理室（１）内に配置されてなり、上記一対の電極及び
上記サイドヒーターはそれぞれの供給電力制御装置に接
続されてなることを特徴とする加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハニカム構造体と
その製造方法及び炭化珪素質ハニカム構造体で構成され
てなるディーゼルパティキュレートフィルタ、並びにハ
ニカム構造体の製造に適用できる加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】有害物質とされる煤などの可燃性微粒子
を排気ガスから捕集するフィルタ、例えばディーゼルエ
ンジンの排気ガスに含まれる可燃性微粒子を捕集するデ
ィーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」
という。）としては、コーディエライト又は炭化珪素を
主成分とするハニカム構造体が提案されている。その構
造は、入口端面から出口端面に延びる多数の貫通孔を有
する多孔質セラミックス構造体からなっており、その多
数の貫通孔はセル壁と呼ばれる多孔質壁で隔てられてお
り、またその多数の貫通孔の入口端面と出口端面は市松
模様に交互に封止され、入口端面が封止された貫通孔は
出口端面で開放され、入口端面が開放された貫通孔は出
口端面で封止されているものである。そして、このＤＰ
Ｆは、ディーゼル機関の排気ガス系統の一部として取り
付けられ、入口端面の開放された貫通孔から排気ガスが
流入し、セル壁を通過する際に可燃性微粒子が捕集さ
れ、可燃性微粒子を含まない排気ガスとなって出口端面
の開放された貫通孔から流出する。従って、セル壁は、
可燃性微粒子を含む排気ガスが容易に通過することがで
き、可燃性微粒子の殆ど又は全てを捕集するのに適した
気孔径及び気孔率を有していることが必要である。

【０００３】ＤＰＦのセル壁に一定量の可燃性微粒子が
捕集されると、セル壁が目詰まりを起こし通気抵抗が増
大するのでそれを定期的に除去しＤＰＦを再生する必要
がある。特に、ディーゼル機関等の排気ガスには多量の
可燃性微粒子が含まれるので大型のＤＰＦが使用され、
再生間隔もある程度調整されている。

【０００４】ＤＰＦの再生方法としては、バーナの燃焼
ガスを直接噴射して可燃性微粒子を焼失させる方法、ニ
クロム線ヒータ等の発熱金属層とＤＰＦを組み合わせて
加熱焼却する方法、導電性材料で構成されたＤＰＦに直
接通電して自己発熱させ可燃性微粒子を焼失させる方
法、等がある。しかしながら、このような再生が頻繁に
繰り返されると、ＤＰＦは熱疲労により機械的強度が低
下し、特に大型のＤＰＦでは燃焼によって温度勾配が大
きくなるため、熱応力による割れが発生しやすく、また
可燃性微粒子の捕集むらにより局所的な発熱が生じ溶損
割れが発生したりする問題がある。

【０００５】従来、セル壁の気孔特性と可燃性微粒子の
捕集及び焼却の観点にたった発明としては、特公平5-77
442 号公報（ＵＳＰ第４，２９７，１４０号明細書）に
は、ハニカム構造体のセル壁において、オープンポロシ
ティの容積及びオープンポロシティを形成する気孔の平
均直径が、座標上において点１−Ｇ−５−２−３−４
（但し、点１；オープンポロシティ５８．５％，平均気
孔径１μｍ、点Ｇ；オープンポロシティ４６．８％，平
均気孔径１２μｍ、点５；オープンポロシティ３９．５
％，平均気孔径１５μｍ、点２；オープンポロシティ３
３．０％，平均気孔径１５μｍ、点３；オープンポロシ
ティ５２．５％，平均気孔径２０μｍ、点４；オープン
ポロシティ９０．０％，平均気孔径１μｍを有する）を
結ぶ境界線によって限定される帯域内にあるＤＰＦが開
示されている。また、特開昭６１−８３６８９号公報に
は、薄い隔壁を隔てて軸方向に多数の貫通孔が隣接して
いる炭化珪素質ハニカム構造体において、該隔壁を平均
アスペクト比２〜５０の板状結晶を主体とした三次元網
目構造のものが開示されている。

【０００６】更には、ハニカム端面の目封じ方法につい
ては多くの先行技術があり、例えば特開昭５７−７２１
５号公報（ＵＳＰ第４，２９３，３５７号明細書）、特
開昭５８−３７４８０公報（ＵＳＰ第４，５５７，７７
３号明細書、ＵＳＰ第４，５７３，８９６号明細書）に
は、ハニカム端面にフィルム等を貼り付けた後、目封じ
する貫通孔にあたる部分に穴を開けるか、又はあらじめ
穴の開いたフィルムをハニカム端面に貼り付けた後、こ
の穴をハニカム端面において封止材により目封じするこ
とが開示されている。

【０００７】しかしながら、上記先行技術には、セル壁
に形成される気孔の開口部における大きさ（すなわちセ
ル壁表面の開気孔径）、ないしはセル壁の表面粗さとセ
ル壁表面の開気孔径が及ぼしている可燃性微粒子の捕集
効果については全く言及がない。従って、従来のＤＰＦ
では可燃性微粒子の捕集効果が十分でなく、また容易に
目詰まりを起こすのでコンパクト化することが困難であ
った。

【０００８】

【発明が解決しょうとする課題】本発明の目的は、セル
壁の表面性状を制御することによって可燃性微粒子の捕
集効果を高めることのできるハニカム構造体を提供する
ことである。本発明の他の目的は、そのような可燃性微
粒子の捕集効果に優れる均質なハニカム構造体をクラッ
クや溶損等を起こすことなく、生産性よく製造する方法
を提供することである。更に本発明の別の目的は、ＤＰ
Ｆの材質を炭化珪素質とすると共に、セル壁の表面性状
を制御することによって可燃性微粒子の捕集効果を一段
と高め、もってコンパクト化と再生サイクルの短縮を行
うことのできる高性能なＤＰＦを提供することである。
更に本発明の他の目的は、高速昇温加熱を行っても均一
な温度分布かつ安定した条件で導電性成形体を焼結する
ことのできる導電性焼結体の製造方法及び加熱装置を提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、以下の
とおりである。（請求項１）ハニカム構造体のセル壁表面の表面粗さが
１０点平均粗さ（Ｒｚ）で３０μｍ以上であることを特
徴とするハニカム構造体。（請求項２）ハニカム構造体のセル壁表面における開気
孔径が２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記
載のハニカム構造体。（請求項３）セル壁の平均気孔径が１０〜４０μｍ、セ
ル壁の気孔率が４０％以上であることを特徴とする請求
項２記載のハニカム構造体。（請求項４）ハニカム構造体の材質がアルミナ質、コー
ディエライト質、ムライト質、窒化珪素質又は窒化アル
ミニウム質であることを特徴とする請求項１、２又は３
記載のハニカム構造体。（請求項５）ハニカム構造体の材質が炭化珪素質である
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のハニカム構
造体。（請求項６）請求項５記載のハニカム構造体で構成され
てなることを特徴とするディーゼルパティキュレートフ
ィルタ。（請求項７）導電性材料でハニカム形状の成形体を成形
し、それを非酸化性雰囲気中、ハニカム貫通孔の軸方向
に通電し加熱焼結することを特徴とするハニカム構造体
の製造方法。（請求項８）ハニカム形状成形体の側面から更にサイド
ヒーターにより外部加熱することを特徴とする請求項７
記載のハニカム構造体の製造方法。（請求項９）ハニカム形状成形体外表面とサイドヒータ
ーとの温度差が±１０％以内にして加熱焼結することを
特徴とする請求項８記載のハニカム構造体の製造方法。（請求項１０）ハニカム形状成形体の材質がアルミナ
質、コーディエライト質、ムライト質、窒化珪素質又は
窒化アルミニウム質であることを特徴とする請求項７、
８又は９記載のハニカム構造体の製造方法。（請求項１１）ハニカム形状成形体の材質が炭化珪素質
であることを特徴とする請求項７、８又は９記載のハニ
カム構造体の製造方法。（請求項１２）ハニカム形状成形体が、炭化珪素粉末２
０〜８０重量％、残部が実質的に窒化珪素粉末と炭素質
物質からなり、しかも炭素質物質の炭素分に対する窒化
珪素粉末の珪素分のモル比（Ｓｉ／Ｃ）が０．５〜１．
５であり、それを温度１６００℃以上で焼成することを
特徴とする請求項７、８又は９記載のハニカム構造体の
製造方法。（請求項１３）ハニカム形状成形体が、炭化珪素粉末２
０〜８０重量％、残部が実質的に窒化珪素粉末、酸化珪
素粉末及び炭素質物質からなり、しかも酸化珪素粉末の
平均粒径が１μｍ以下でその割合が窒化珪素粉末１００
重量部に対し５〜３０重量部、炭素質物質の割合が該炭
素質物質の炭素分に対する窒化珪素粉末と酸化珪素粉末
の全珪素分のモル比（Ｓｉ／Ｃ）が０．５〜１．５であ
り、それを温度１６００℃以上で焼成することを特徴と
する請求項７、８又は９記載のハニカム構造体の製造方
法。（請求項１４）請求項１３に記載のハニカム形状成形体
を通電加熱を行うことなく温度１６００℃以上で外部加
熱を行って焼結させることを特徴とするハニカム構造体
の製造方法。（請求項１５）被処理物（２）に通電するための一対の
電極（３）及び（４）と、この一対の電極の側面には上
記被処理物を外部加熱するためのサイドヒーター（１
０）とが、加熱処理室（１）内に配置されてなり、上記
一対の電極及び上記サイドヒーターはそれぞれの供給電
力制御装置に接続されてなることを特徴とする加熱装
置。

【００１０】以下、更に詳しく本発明について説明す
る。

【００１１】本発明のハニカム構造体において、その材
質としてはＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属、炭化珪素、窒化
アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、コーディエライ
ト、ムライト等のセラミックス、Ａｌ₂ Ｏ₃／Ｆｅ、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃／Ｎｉ、Ｂ₄Ｃ／Ｆｅ等のサーメットである。
これらの中でも炭化珪素は優れた耐熱性を有し、しかも
その多孔質体は複雑な状態で絡み合った結晶粒子の間隙
に気孔が形成された構造を有するので、通気抵抗が小さ
く可燃性微粒子の捕集効率が高くなるので好適である。

【００１２】本発明のハニカム構造体において、セル壁
の表面粗さを１０点平均粗さ（Ｒｚ）で３０μｍ以上好
ましくは４０〜３００μｍとしたのは、セル壁の表面粗
さは可燃性微粒子の捕集量と密接に関係しており、３０
μｍ未満では可燃性微粒子の捕集量が増大しないからで
ある。セル壁の表面粗さの上限については特に制限はな
いが強度を考慮し３００μｍ以下であることが好まし
い。

【００１３】本発明においては、上記表面粗さを有する
ハニカム構造体であっても、セル壁に形成される気孔の
大きさが制御されていることが好ましい。すなわち、本
発明においては、セル壁表面における開気孔径すなわち
気孔の開口部における大きさが２０μｍ以上特に２０〜
５０μｍであることが好ましい。このセル壁表面の開気
孔径が２０μｍ未満であると、可燃性微粒子はディーゼ
ルエンジンのオイル成分等が凝集したものであって付着
力が強いため、わずかな付着によっても容易に目詰まり
を起こす。セル壁表面の開気孔径の上限については特に
制限はないが、あまり大きくなると微粒子が通過し捕集
効率が低下するので、強度を考慮した好ましい開気孔径
の上限は５０μｍ以下である。

【００１４】本発明でいうセル壁表面の開気孔径とは、
実施例にその測定方法を詳述するように、走査電子顕微
鏡でセル壁表面を観察し、画像解析により求めた平均径
をいう。

【００１５】本発明のハニカム構造体においては、セル
壁に形成される気孔の平均気孔径と気孔率については特
に制限はない。しかし、セル壁の気孔率については４０
％以上特に５０〜７０％が好ましく、また平均気孔径に
ついては１０〜４０μｍであることが好ましい。セル壁
の気孔率が４０％未満では通気抵抗が高くなり、また７
０％をこえると強度が低下する。また、セル壁の平均気
孔径が１０μｍ未満ではセル壁内部で可燃性微粒子が目
詰まりしやすくなり、また４０μｍをこえると強度が低
下する。

【００１６】本発明におけるセル壁の平均気孔径とは、
実施例にその測定方法を詳述するように、水銀圧入法に
より求めたものをいう。

【００１７】本発明のハニカム構造体の用途としては、
導電性ハニカム構造体の場合には、ＤＰＦの他、ダクト
ヒーター、大型ドライヤーの熱風発生用ヒーター、更に
は暖房機器、調理機器、乾燥機器、焼成炉等の各種ヒー
ターをあげることができる。また、本発明のハニカム構
造体は、排ガス浄化用触媒担体等として使用することが
できる。

【００１８】本発明の炭化珪素質ハニカム構造体からな
るＤＰＦは、可燃性微粒子の捕集量が増大し、またその
焼却が容易となるので溶損割れが激減する。本発明のＤ
ＰＦは、本発明のハニカム構造体のハニカム貫通孔をそ
の両端面で目封じすることによって製造することができ
る。その目封じ法については、上記先行技術文献に記載
された方法や、本出願人と同一の出願に係る特願平７−
１７１０８０号明細書に記載された方法等によって行う
ことができる。

【００１９】次に、本発明のハニカム構造体の製造方法
について説明する。

【００２０】本発明のハニカム構造体の製造方法は、導
電性材料でハニカム形状成形体を成し、それを非酸化性
雰囲気下、ハニカム貫通孔の軸方向に通電して加熱焼結
することが特徴である。本発明のような通電焼結を行う
ことによって、外部加熱焼結を行う方法に比べて短時間
で焼結することができる。しかも、ハニカム貫通孔の軸
方向に電流を流すことによってセル壁が自己発熱をし、
それによって焼結が進行するので、自由エネルギーの大
きい表面近傍の結晶粒子が優先的に焼結させることがで
き、その際の粒成長によってセル壁の表面粗さを粗くす
ることができる。焼結時の雰囲気については、酸化によ
って導電性材料の導電性が失わなれないように、窒素、
アルゴン等の非酸化性雰囲気で行う必要がある。

【００２１】本発明で使用される導電性を有するハニカ
ム形状成形体は、その室温における抵抗が１００Ω以下
特に１０^-1〜１０²Ωであるものが好ましく、そのよう
な成形体を用いることによって数Ｖ〜５０Ｖ程度の低電
圧で発熱し焼結することが可能となる。ハニカム形状成
形体の材質を例示すれば、炭化チタン、窒化チタン、ほ
う化チタン、珪化モリブデン等の導電性セラミックス、
その前駆物質である例えば金属チタン粉末とカーボンの
混合粉末などである。更には、非導電性のセラミックス
を使用することもでき、その場合には通電焼結を行うた
めに導電性付与剤の添加が必要となり、それには炭素質
物質が好適である。炭素質物質は、焼結後に酸化性雰囲
気で熱処理することによって容易に除去することがで
き、またその添加量及び粒度を調節することによって、
ハニカム構造体の気孔率、気孔径及び表面粗さを制御す
ることができる。なお、非導電性のセラミックスとして
は、例えばアルミナ、コーディエライト、ムライト等の
酸化物系セラミックス、例えば窒化珪素、窒化アルミニ
ウム、炭化珪素等の非酸化物系セラミックスを使用する
ことができる。

【００２２】上記ハニカム形状成形体の材質にあって
も、ＤＰＦとしては炭化珪素質が最適であるので、以
下、炭化珪素質ハニカム構造体の製造方法について、更
に詳しく説明する。

【００２３】本発明の炭化珪素質ハニカム構造体は、炭
化珪素粉末、窒化珪素粉末及び炭素質物質の所定量を含
む混合物をハニカム形状の成形体に成形し、それを反応
焼結させることによって製造することができる。このよ
うなハニカム形状成形体を使用することの利点は、この
成形体は室温における抵抗が１００Ω以下特に１０^-1〜
１０²Ω程度の適当な導電性を有するために通電焼結が
可能であること、炭化珪素粉末の添加量及び粒度を調整
することによってハニカム構造体の気孔率と気孔径を制
御することが可能となること、更には反応焼結時の結晶
粒子の発達を制御することによって表面粗さを粗くする
ことができることであり、このような利点によって可燃
性微粒子の捕集効果が大きくしかも高強度のＤＰＦを製
造することができる。

【００２４】本発明で使用される炭化珪素粉末の平均粒
径は、５０μｍ以下特に１０〜５０μｍが好ましい。１
０μｍよりも小さいとセル壁の平均気孔径が小さくな
り、５０μｍをこえると強度が低下する。また、窒化珪
素粉末の粒径は、成形性及び炭化反応性の点から１００
μｍ以下特に５０μｍ以下が好ましい。炭素質物質とし
ては、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛等
の遊離炭素の他、フェノール、フラン、ポリイミド等の
ように熱分解をして炭素となる有機樹脂等が使用され
る。遊離炭素の平均粒径は１０μｍ以下特に１μｍ以下
が好ましい。

【００２５】炭化珪素粉末、窒化珪素粉末及び炭素質物
質からなる混合物の各成分の割合は、炭化珪素粉末２０
〜８０重量％、残部８０〜２０重量％が実質的に窒化珪
素粉末及び炭素質物質である。そして、窒化珪素粉末と
炭素質物質の割合については、炭素質物質の炭素分に対
する窒化珪素の珪素分のモル比（Ｓｉ／Ｃ) が０．５〜
１．５であることが好ましい。炭化珪素粉末は、反応焼
結における骨材となるもので、２０重量％より少ないと
強度が低下し、８０重量％をこえるとハニカム形状成形
体の抵抗が高くなり通電焼結が困難となり、しかもセル
壁表面の開気孔径が小さくなる。一方、Ｓｉ／Ｃモル比
が０．５よりも小さいと残存する炭素によって炭化生成
する炭化珪素の粒成長が阻害されてセル壁の平均気孔径
が小さくなる。また、Ｓｉ／Ｃモル比が１．５よりも大
きいと窒化珪素の分解によって生成した未反応の珪素分
が多くなり、強度が低下すると共に、高速昇温加熱を行
った場合に未反応珪素分が溶融・軟化して焼結割れを起
こす。

【００２６】更に本発明においては、上記混合物におい
て、窒化珪素粉末の一部を酸化珪素粉末に置換されてい
ることが好ましい。これによって、セル壁表面の開気孔
径を２０μｍ以上に大きくすることが容易となる。しか
も、通電加熱焼結を行わなくても、外部加熱焼結を行う
だけで、可燃性微粒子の捕集効果に優れたハニカム構造
体を製造することができる。

【００２７】ここで、酸化珪素粉末の割合は、窒化珪素
粉末100 重量部に対して５〜３０重量部であることが好
ましい。５重量部未満ではセル壁表面の開気孔径を２０
μｍ以上に大きくする効果が乏しくなる。また、３０重
量部を越えるとセル壁の気孔率が高くなりすぎて強度が
低下し、また急速昇温焼成においては、炭素質物質との
反応により大量のＣＯガスが急激に発生して焼結割れが
起こる。

【００２８】また、酸化珪素粉末の平均粒径は１μｍ以
下であることが好ましく、これによってセル壁表面の開
気孔径を大きくする効果が助長される。すなわち、本発
明においては、上記混合物にバインダーと水を配合して
混練物を調製し、それを金型から高圧で押出してハニカ
ム形状の成形体に成形されるものであるが、その際、金
型表面を通過する混練物は、金型との摩擦を緩和しよう
として流動性の高い微粉末が偏析する性質がある。本発
明では、この性質を利用したものであり、平均粒径１μ
ｍ以下の酸化珪素粉末をセル壁表面近傍に偏析させ、焼
成の際にそれと炭素質物質とを優先的に反応させること
によってＣＯガスを発生させ、それによってセル壁表面
の開気孔径を大きくすることができるものである。

【００２９】本発明のように、窒化珪素粉末の一部を酸
化珪素粉末に置換された混合物を使用する態様において
は、炭素質物質の割合は、該炭素質物質の炭素分に対
し、窒化珪素粉末及び酸化珪素粉末中の全珪素分のモル
比（Ｓｉ／Ｃ) が０．５〜１．５となる割合とすること
が好ましい。

【００３０】混合物の調整は、乾式、湿式混合等の均一
に混合できる方法であれば何れの方法でも採用すること
ができる。混合物を押出成形するために、混合物に適切
量の水と、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等
の有機バインダーが配合されて混練物が調製される。

【００３１】次いで、混練物は所望形状のハニカム成形
体に押出成形され、通常は乾燥、目封じ工程を経て加熱
焼結される。加熱焼結は、窒素、アルゴン等の非酸化性
雰囲気下、ハニカム貫通孔の軸方向に直接通電して行わ
れる。しかし、窒化珪素粉末の一部を酸化珪素粉末に置
換された混合物を使用する場合には、望ましいことでは
あるが必ずしも通電加熱は必要でなく、従来の外部加熱
を行うことによっても焼結させることができる。

【００３２】通電加熱は、カーボン、炭化珪素、珪化モ
リブデン、金属等の一対の電極にハニカム形状成形体の
両端面を面圧２０〜５００ｇ／ｃｍ² で押さえセットし
てから行われる。この場合、ハニカム形状成形体と電極
との接触面における接触抵抗を少なくするために、ハニ
カム形状成形体との反応性の小さい導電性ファイバーや
粉末を介在させることが好ましい。また、通電加熱焼結
の際に、ハニカム形状成形体から熱が放出するのを抑え
るため、熱遮蔽効果が大きく熱反射性に優れたグラファ
イトボード等でハニカム形状成形体の側面を断熱するこ
とが好ましい。

【００３３】焼成温度は、１６００℃以上特に１８００
℃〜２５００℃であることが好ましい。焼成温度が１６
００℃未満では、未反応の窒化珪素及び炭素質物質が残
存するために耐熱性が低下し、また炭化珪素の粒成長も
不十分となってセル壁の表面粗さやセル壁表面の開気孔
径が十分に増大しなくなる。一方、焼成温度が２５００
℃をこえると結晶転移や溶融等が生じ、極端な粒成長に
より強度が低下する。

【００３４】本発明においては、ハニカム形状成形体を
加熱焼結する際、図１に示されるように、上記通電加熱
と共に、更にハニカム形状成形体の側面からサイドヒー
ターによって外部加熱を行うことが好ましい。外部加熱
は、ハニカム形状成形体の外表面とサイドヒーターとの
温度差が±１０％以内特に±５％以内になるように行う
ことが好ましく、それには電極及び／又はサイドヒータ
ーへの供給電力を調整しながら行われる。このような外
部加熱によって、ハニカム形状成形体の放熱を効率よく
抑制することができ、均一な温度分布で加熱することが
可能となるので、高速昇温加熱を行っても均質でクラッ
クや溶損のないハニカム構造体を容易に製造することが
できる。

【００３５】従来の炭化珪素質ハニカム構造体は、炭化
珪素粉末それ自体又は炭化珪素粉末と焼結助剤との混合
物を焼結して製造されたものであるので、本発明のよう
なセル壁表面の開気孔径と表面粗さをもったものとはな
らない。

【００３６】次に、本発明の加熱装置について説明す
る。本発明の加熱装置は、通電加熱とサイドヒーターに
よる外部加熱とを併用して被処理物を加熱処理する際に
使用されるものであり、被処理物が導電性材料で成形さ
れたハニカム形状成形体である場合に本発明のハニカム
構造体を製造することができる。

【００３７】本発明の加熱装置を図１に従って説明す
る。図１は本発明の加熱装置の概略説明図であり、加熱
処理室（１）内に、被処理物（２）に直接通電するため
の上部電極（３）及び下部電極（４）からなる一対の電
極と、上記被処理物をその側面から外部加熱するための
サイドヒーター（１０）とが配置されており、この一対
の電極とサイドヒーターはそれぞれの供給電力制御装置
〔（５〜９）、（１１〜１５）〕に接続されており、上
記下部電極は電極昇降装置（１６）により昇降すること
を表している。

【００３８】被処理物は下部電極にセットされ、空気
圧、油圧式等の電極昇降装置（１６）により下部電極が
上昇し、被処理物の上端面を上部電極に押し付けられて
通電される。被処理物の温度は測温管（５）を通じて測
温計（６）によって測定され、それをもとにして調節計
（７）が作動し、ＰＩＤ制御の出力が指令値信号として
制御回路に供給され、サイリスタ（８）の出力がその指
令値信号に一致するように制御され、電圧電流調整用ト
ランス（９）を経て被処理物に通電される。

【００３９】一方、サイドヒーターは、被処理物の側壁
部近傍に設けられており、その温度は測温管（１１）を
通じて測温計（１２）によって測定される。そして、上
記被処理物の温度制御の場合と同様にして、その温度測
定値をもとにして調節計（１３）が作動し、ＰＩＤ制御
の出力が指令値信号として制御回路に供給され、サイリ
スタ（１４）の出力がその指令値信号に一致するように
制御され、電圧電流調整用トランス（１５）を経てサイ
ドヒーターに通電される。

【００４０】このように、被処理物を通電加熱とサイド
ヒーターによる外部加熱を行うことによって被処理物の
放熱を効率的に抑制することができ、高速昇温加熱を行
っても均一な温度分布で加熱することが可能となる。ま
た、一対の電極とサイドヒーターのそれぞれの供給電力
制御装置は、被処理物の形状に応じた放熱量の変化や、
被処理物の構成材料に応じた抵抗／温度特性の昇温変化
にもとづいて、均一な温度分布で加熱をすることができ
るように設計されているので、昇温速度や加熱処理時間
を精密に制御し、終始安定した状態で加熱処理をするこ
とができる。

【００４１】上部電極及び下部電極の材質については、
カーボン、炭化珪素、珪化モリブデン、金属等の導電性
材料を使用することができるが、電極部の発熱を抑制す
るため、被処理物よりも熱容量を大きくすることが好ま
しい。

【００４２】サイドヒーターは、被処理物の側壁に対し
平行に設置することが好ましく、また被処理物の側壁か
ら５０ｍｍ以内特に２０ｍｍ以内に設置することが好ま
しい。また、サイドヒーターの形状については、棒状、
面状等のように被処理物の側壁に均一に熱が拡散できる
ような形状が好ましい。特に、均一加熱とサイドヒータ
ーの消費電力の点から、面状のサイドヒーターを用い、
被処理物の側壁を完全に取り囲むように設置することが
好ましい。

【００４３】サイドヒーターの材質については、カーボ
ン、炭化珪素、珪化モリブデン、金属等の発熱体を使用
することができるが、消費電力が少なくし、昇温速度を
速くするために、熱容量や抵抗／温度特性の変化が小さ
な相対密度１〜２ｇ／ｃｍ³のカーボン成形ボードが最
適である。

【００４４】

【実施例】以下、実施例、比較例、参考例をあげて更に
具体的に本発明を説明する。

【００４５】（実施例１〜３比較例１〜３）本例は、
通電加熱焼結を行ってアルミナ質ハニカム構造体を製造
した例である。

【００４６】アルミナ粉末（平均粒径３０μｍ）と黒鉛
粉末（平均粒径１０〜１５０μｍ）を表１に示す割合と
した混合物１００重量部に対し、水２０重量部、バイン
ダーとしてメチルセルロース８重量部を配合しヘンシェ
ル混合機で１０分間混合して混練物を調製した。

【００４７】次いで、この混練物を真空押出成形機を用
い、成形圧力８０ｋｇ／ｃｍ²の条件で、外径寸法□１
００ｍｍ、セル寸法２．０ｍｍ、壁厚０．４ｍｍのハニ
カム形状に押出成形してから、長さ１００ｍｍに切断し
た。得られたハニカム形状成形体を乾燥後、窒素雰囲気
中、４５０℃×１Ｈｒの脱脂を行ってから通電加熱焼結
をした。

【００４８】通電加熱焼結は、ハニカム形状成形体の貫
通孔の両端をカーボン電極で１００ｇ／ｃｍ²の圧力で
押さえ軸方向に最大２０００Ａの電流を流し、窒素雰囲
気中、５０℃／ｍｉｎの昇温速度で表１に示す焼結温度
まで昇温し、２分間保持することによって行った。得ら
れた焼結体は、大気中９００×３Ｈｒの酸化処理を行い
残存する黒鉛を焼失させてハニカム構造体を製造した。

【００４９】なお、比較例２は、ハニカム貫通孔の軸に
垂直方向に電流を流し通電焼結を行ったものであり、比
較例３は、ハニカム形状成形体の脱脂体を黒鉛坩堝内に
設置し、アルゴン雰囲気中、１０℃／ｍｉｎの昇温速度
で黒鉛坩堝を高周波誘導加熱炉で加熱したものである。

【００５０】

【表１】

【００５１】得られたハニカム構造体について、後述に
従う特性を測定した。但し、比較例２については、通電
方向に対する多孔質壁面の表面性状が大きく異なるた
め、圧力損失、微粒子捕集性能及び表面粗さの評価は、
通電方向に対して平行面及び垂直面について行いそれを
平均化した。それらの結果を表２に示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】表２から明らかなように、ハニカム構造体
のセル壁の表面粗さ（Ｒz ）を３０μｍ以上とすること
によって、可燃性微粒子の捕集性能に優れたアルミナ質
ＤＰＦとなる。

【００５４】（実施例４〜１２比較例４〜８）本例
は、通電加熱焼結を行って炭化珪素質ハニカム構造体を
製造した例である。

【００５５】炭化珪素粉末（平均粒径３０μｍ）、窒化
珪素粉末（平均粒径２５μｍ）及びカーボンブラック
（平均粒径８０ｎｍ）を表３に示す割合とした混合物を
使用し、表３に示す焼結温度まで５０℃／ｍｉｎの速度
で昇温したこと以外は実施例 1同様にしてハニカム構造
体を製造した。なお、比較例７は比較例２と同様にして
ハニカム貫通孔の軸に垂直方向に電流を流し通電焼結を
行ったものであり、比較例８は比較例３と同様にして高
周波誘導加熱炉で焼結したものである。また、比較例７
の特性は比較例２と同様の方法で評価した。それらの結
果を表４に示す。

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】

【００５８】表３〜表４から明らかなように、ハニカム
構造体のセル壁の表面粗さ（Ｒz ）を３０μｍ以上とす
ることによって、可燃性微粒子の捕集性能に優れた炭化
珪素質ＤＰＦとなる。

【００５９】（実施例１３〜１５）本例は実施例４〜１
２と同様にして通電加熱焼結を行って炭化珪素質ハニカ
ム構造体を製造した例である。但し、実施例４〜１２と
異なる点は、窒化珪素粉末の一部を酸化珪素粉末に置き
換えた混合物を使用したことである。

【００６０】表５に示されるように窒化珪素粉末の一部
を酸化珪素粉末（平均粒径０．５μｍ）に種々置き換え
た混合物を使用したこと以外は、実施例５と同様にして
ハニカム構造体を製造し評価した。

【００６１】

【表５】

【００６２】

【表６】

【００６３】表５〜表６から明らかなように、窒化珪素
粉末の一部を適切量の酸化珪素粉末に置換した混合物を
用いることによって、セル壁の表面粗さを低下させるこ
となくセル壁表面における開気孔径を２０μｍ以上とす
ることができる。その結果、可燃性微粒子の捕集性能に
一段と優れた炭化珪素質ＤＰＦを製造することができ
る。

【００６４】（実施例１６〜１９）本例は実施例５及び
実施例１４で製造されたハニカム形状成形体を図１に示
される加熱装置を用い、通電加熱焼結を行うと共にその
側面からサイドヒーターにより外部加熱を行って、炭化
珪素質ハニカム構造体を製造した例である。

【００６５】実施例５及び実施例１４と同様にしてハニ
カム形状成形体を製造、乾燥、脱脂した後、それを一対
のカーボン製電極にセットし、窒素雰囲気下、表７に示
される条件で通電加熱焼結を行うと共にその側面からサ
イドヒーターにより外部加熱を行ってハニカム構造体を
製造した。このような操作を繰り返し行い各々１０個の
ハニカム構造体を製造し、クラック発生率（％）と内部
溶損発生率（％）を測定した。

【００６６】更に、得られたハニカム構造体の均一性を
評価するため、ハニカム端面から５０〜１００ｍｍの範
囲内かつ側壁部から３０ｍｍ以上の内面からサンプリン
グしたものを内部評価用サンプル、上記以外の部分から
サンプリングしたものを外部評価用サンプルとし、諸特
性を評価した。それらの結果を表７に示す。

【００６７】

【表７】

【００６８】表７に示されるように、通電加熱と外部加
熱とを併用することによって（実施例１６〜１９）、そ
の併用を行わない場合（実施例５、実施例１４）に比べ
て、製造されたハニカム構造体はその内部外部において
均質なものとなることがわかる。しかも、高速昇温加熱
を行ってもクラック等の発生が認められない均質なハニ
カム構造体を製造することができた。

【００６９】（参考例）実施例５において、ハニカム形
状成形体の昇温速度を５０℃／ｍｉｎから８０℃／ｍｉ
ｎに速めたところクラック発生率は１０％であったが、
クラック発生のないハニカム構造体の特性は実施例５と
同等であった。

【００７０】（実施例２０〜３０比較例９〜１６）本
例は実施例１３〜１５と同様にして窒化珪素粉末の一部
を酸化珪素粉末に置換した混合物を用いて炭化珪素質ハ
ニカム構造体を製造した例である。但し、実施例１３〜
１５と異なる点は、本例はでは通電加熱焼結を行わない
で外部加熱のみで焼結したことである。

【００７１】炭化珪素粉末（平均粒径１０μｍ）、窒化
珪素粉末（平均粒径４５μｍ）、表８の平均粒径を有す
る酸化珪素粉末及び黒鉛粉末（平均粒径１０μｍ）を表
８に示す割合とした混合物を用いてハニカム形状成形体
を製造、乾燥、脱脂し、それを黒鉛坩堝に配置し、窒素
雰囲気下、高周波誘導加熱炉で１０℃／ｍｉｎの速度で
表８に示す温度まで昇温して炭化珪素質ハニカム構造体
を製造した。それらの結果を表９に示す。

【００７２】

【表８】

【００７３】

【表９】

【００７４】表８〜表９から明らかなように、窒化珪素
粉末の一部を適切量の酸化珪素粉末に置換した混合物を
用いることによって、通電加熱焼結を行わなくても外部
加熱焼結をすることによって、セル壁表面における開気
孔径が２０μｍ以上である、可燃性微粒子の捕集性能に
優れた炭化珪素質ＤＰＦを製造することができる。

【００７５】本明細書に記載の各特性は以下に従って測
定されたものである。（１）セル壁の気孔率：アルキメデス法により測定し
た。（２）セル壁表面の開気孔径：セル壁表面を走査電子顕
微鏡にて観察し、炭化珪素粒子とその間隙で形成された
気孔部を画像解析により二直化処理し、気孔が円形であ
ると仮定した条件で寸法解析し、それぞれの直径を平均
化した値を測定し、セル壁表面の開気孔径とした。（３）セル壁の平均気孔径：水銀圧入法により気孔径分
布を測定し、気孔が円筒形であると仮定して、全気孔容
積を気孔比表面積で割算することにより求めた径の平均
をセル壁の平均気孔径とした。（４）セル壁の表面粗さ（Ｒz ）：ＪＩＳＢ０６０
１に準じ、任意のハニカム貫通孔を選択し、この貫通孔
の軸方向に長さ４０ｍｍにわたって表面粗さを測定し、
それを基準長さ８ｍｍの値に換算した。（５）微粒子捕集性能：ハニカム構造体からセル壁の一
部（外径寸法□２０ｍｍ×厚み０．４ｍｍ）を切り出
し、２リットル／ｍｉｎの空気を通過させ初期の圧力損
失を測定した。また、固形分濃度５％のカーボンスラリ
ーをセル壁に塗布し、乾燥後、２リットル／ｍｉｎの空
気を通過させ圧力損失が２００ｍｍＨｇに到達するまで
のカーボン堆積量を測定した。（６）ハニカム構造体の強度：ハニカム構造体を外径寸
法□１０ｍｍ×長さ１０ｍｍに切断し、クロスヘッド速
度０．５ｍｍ／ｍｉｎで押出方向（ハニカム貫通孔の軸
方向）における圧縮強度を測定した。（７）ハニカム構造体の比抵抗：ハニカム構造体を外径
寸法□１０ｍｍ×長さ５０ｍｍに切断し、銀電極を形成
し４端子法で測定した。（８）ハニカム構造体の組成：Ｘ線回折を行い、そのピ
ーク強度から定性的な組成分析を行った。（９）ハニカム形状成形体の抵抗：押出方向の両端に銀
ペーストを焼付け、０．１Ａ定電流における室温電圧を
デジタルマルチメーターにより測定した。

【００７６】

【発明の効果】

（ｉ）本発明のハニカム構造体は、セル壁の表面粗さを
３０μｍ以上に粗くしたものであるので可燃性微粒子の
捕集面積が大きくなる。（ｉｉ）本発明のハニカム構造体は、セル壁の表面粗さ
を３０μｍ以上、セル壁表面における開気孔径を２０μ
ｍ以上としたものであるので可燃性微粒子の捕集効果が
一段と優れ、目詰まりを起こすまでの時間を長くするこ
とができる。（ｉｉｉ）本発明のＤＰＦは、可燃性微粒子の捕集効果
に優れたハニカム構造体で構成されているので、再生を
頻繁に行う必要がなく、しかもコンパクト化が可能とな
る。（ｉｖ）本発明のＤＰＦは、炭化珪素質セラミックスで
構成されているので耐熱性に優れており、再生時におけ
る溶損割れやヒートサイクルによる熱応力割れが発生し
にくい。（ｖ）本発明のハニカム構造体の製造方法によれば、可
燃性微粒子の捕集効果に優れたハニカム構造体を生産性
良く製造することができる。（ｖｉ）また、通電加熱とサイドヒーターによる外部加
熱を併用してハニカム形状成形体を焼結することによっ
て、急速昇温加熱を行ってもより均質なハニカム構造体
を製造することができる。（ｖｉｉ）本発明の加熱装置によれば、加熱条件の設定
が容易で、被処理物を均一に加熱処理をすることのでき
る装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱装置の概略説明図である。

【符号の説明】

１加熱処理室２被処理物３上部電極４下部電極５測温管６測温計７調節計８サイリスタ９トランス１０サイドヒーター１１測温管１２測温計１３調節計１４サイリスタ１５トランス１６電極昇降装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 35/64 Ｃ０４Ｂ 35/56 １０１ＪＦ０１Ｎ 3/02 ３０１１０１Ｓ３４１ 35/58 １０２Ｌ１０２Ｔ 35/64 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハニカム構造体のセル壁表面の表面粗さ
が１０点平均粗さ（Ｒｚ）で３０μｍ以上であることを
特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】ハニカム構造体のセル壁表面における開
気孔径が２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１
記載のハニカム構造体。
【請求項３】セル壁の平均気孔径が１０〜４０μｍ、
セル壁の気孔率が４０％以上であることを特徴とする請
求項２記載のハニカム構造体。
【請求項４】ハニカム構造体の材質がアルミナ質、コ
ーディエライト質、ムライト質、窒化珪素質又は窒化ア
ルミニウム質であることを特徴とする請求項１、２又は
３記載のハニカム構造体。
【請求項５】ハニカム構造体の材質が炭化珪素質であ
ることを特徴とする請求項１、２又は３記載のハニカム
構造体。
【請求項６】請求項５記載のハニカム構造体で構成さ
れてなることを特徴とするディーゼルパティキュレート
フィルタ。
【請求項７】導電性材料でハニカム形状の成形体を成
形し、それを非酸化性雰囲気中、ハニカム貫通孔の軸方
向に通電し加熱焼結することを特徴とするハニカム構造
体の製造方法。
【請求項８】ハニカム形状成形体の側面から更にサイ
ドヒーターにより外部加熱することを特徴とする請求項
７記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項９】ハニカム形状成形体外表面とサイドヒー
ターとの温度差が±１０％以内にして加熱焼結すること
を特徴とする請求項８記載のハニカム構造体の製造方
法。
【請求項１０】ハニカム形状成形体の材質がアルミナ
質、コーディエライト質、ムライト質、窒化珪素質又は
窒化アルミニウム質であることを特徴とする請求項７、
８又は９記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１１】ハニカム形状成形体の材質が炭化珪素
質であることを特徴とする請求項７、８又は９記載のハ
ニカム構造体の製造方法。
【請求項１２】ハニカム形状成形体が、炭化珪素粉末
２０〜８０重量％、残部が実質的に窒化珪素粉末と炭素
質物質からなり、しかも炭素質物質の炭素分に対する窒
化珪素粉末の珪素分のモル比（Ｓｉ／Ｃ）が０．５〜
１．５であり、それを温度１６００℃以上で焼成するこ
とを特徴とする請求項７、８又は９記載のハニカム構造
体の製造方法。
【請求項１３】ハニカム形状成形体が、炭化珪素粉末
２０〜８０重量％、残部が実質的に窒化珪素粉末、酸化
珪素粉末及び炭素質物質からなり、しかも酸化珪素粉末
の平均粒径が１μｍ以下でその割合が窒化珪素粉末１０
０重量部に対し５〜３０重量部、炭素質物質の割合が該
炭素質物質の炭素分に対する窒化珪素粉末と酸化珪素粉
末の全珪素分のモル比（Ｓｉ／Ｃ）が０．５〜１．５で
あり、それを温度１６００℃以上で焼成することを特徴
とする請求項７、８又は９記載のハニカム構造体の製造
方法。
【請求項１４】請求項１３に記載のハニカム形状成形
体を通電加熱を行うことなく温度１６００℃以上で外部
加熱を行って焼結させることを特徴とするハニカム構造
体の製造方法。
【請求項１５】被処理物（２）に通電するための一対
の電極（３）及び（４）と、この一対の電極の側面には
上記被処理物を外部加熱するためのサイドヒーター（１
０）とが、加熱処理室（１）内に配置されてなり、上記
一対の電極及び上記サイドヒーターはそれぞれの供給電
力制御装置に接続されてなることを特徴とする加熱装
置。