JPWO2006126340A1 - ハニカムフィルタ - Google Patents
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Abstract
本発明は、高い捕集効率を有するハニカムフィルタを提供することを目的とするものであり、本発明のハニカムフィルタは、複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造体と、上記ハニカム構造体の外周側面を覆う筒状の金属ケーシングとからなるハニカムフィルタであって、上記複数のセルのうち、最外周を構成するセルと、上記金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍであることを特徴とする。
Description
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中のパティキュレート等を捕集、除去するハニカムフィルタに関する。
バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排ガス中に含有されるスス等のパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。
そこで、排ガス中のパティキュレートを捕集して、排ガスを浄化するフィルタとして多孔質セラミック等からなるハニカム構造体を用いたものが種々提案されている。
そこで、排ガス中のパティキュレートを捕集して、排ガスを浄化するフィルタとして多孔質セラミック等からなるハニカム構造体を用いたものが種々提案されている。
そして、この種のハニカム構造体は、筒状の金属ケーシング内にマット状物を介在させた状態で収納して使用される。
例えば、流体が流通可能な環状のケーシング内に、炭化珪素やコージェライト等を材料とするハニカム構造体を収容するとともに、上記ケーシングの内周面とハニカム構造体の外周面との間に、断熱性を有するマット状物を介在させたセラミックハニカム構造体の収容構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、流体が流通可能な環状のケーシング内に、炭化珪素やコージェライト等を材料とするハニカム構造体を収容するとともに、上記ケーシングの内周面とハニカム構造体の外周面との間に、断熱性を有するマット状物を介在させたセラミックハニカム構造体の収容構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、ハニカム構造体の外周にマット状物を介在させた場合には、マット状物が断熱性を有すること、及び、マット状物の厚さにより金属ケーシングの内周面とハニカム構造体の最外周のセルとの距離が大きくなることにより、排ガスが通過する際にハニカム構造体に伝わった熱が、金属ケーシングを通して外部に逃げにくくなる。
また、マット状物の有無に関わらず、ハニカム構造体の最外層のセルと金属ケーシングとの距離が大きい場合も、排ガスが通過する際にハニカム構造体に伝わった熱が、金属ケーシングを通して外部に逃げにくくなる。
そして、このような場合には、ハニカム構造体内の径方向の温度勾配が小さく、排ガスはその流線に沿ってハニカム構造体の中心部分に流れ易い傾向にある。
また、マット状物の有無に関わらず、ハニカム構造体の最外層のセルと金属ケーシングとの距離が大きい場合も、排ガスが通過する際にハニカム構造体に伝わった熱が、金属ケーシングを通して外部に逃げにくくなる。
そして、このような場合には、ハニカム構造体内の径方向の温度勾配が小さく、排ガスはその流線に沿ってハニカム構造体の中心部分に流れ易い傾向にある。
また、最近、排ガス中のパティキュレート（ＰＭ）をセル壁内に深層濾過させ、セル壁内に担持された触媒と捕集したＰＭを接触させ、連続的に燃焼除去することを目的として、気孔率が高い（例えば、７０％以上の気孔率）ハニカム構造体が提案されている。
このような気孔率が高いフィルタでは、ＰＭを連続的に燃焼したり、深層濾過したりするため、長時間使用してもＰＭを捕集したことに起因する圧力損失の増大が発生しにくい傾向にある。
そのため、このような高気孔率のハニカム構造体では特に、ＰＭ捕集前の初期状態同様、排ガスの流れ易さに沿って、ハニカム構造体の中心部分に流れ易い傾向にある。
このように、排ガスがハニカム構造体の中心部分にのみ流れ易い傾向にある場合、ハニカム構造体のみかけの濾過面積全体を有効に利用することができず、捕集効率が低下する原因となっていた。なお、みかけの濾過面積とは、排ガスの入口側に開口した全てのセルの表面の凹凸等を考慮しない面積の総和をいう。
また、捕集効率の低下を防止するには、フィルタサイズ（ハニカム構造体のサイズ）を大型化する必要があった。
このような気孔率が高いフィルタでは、ＰＭを連続的に燃焼したり、深層濾過したりするため、長時間使用してもＰＭを捕集したことに起因する圧力損失の増大が発生しにくい傾向にある。
そのため、このような高気孔率のハニカム構造体では特に、ＰＭ捕集前の初期状態同様、排ガスの流れ易さに沿って、ハニカム構造体の中心部分に流れ易い傾向にある。
このように、排ガスがハニカム構造体の中心部分にのみ流れ易い傾向にある場合、ハニカム構造体のみかけの濾過面積全体を有効に利用することができず、捕集効率が低下する原因となっていた。なお、みかけの濾過面積とは、排ガスの入口側に開口した全てのセルの表面の凹凸等を考慮しない面積の総和をいう。
また、捕集効率の低下を防止するには、フィルタサイズ（ハニカム構造体のサイズ）を大型化する必要があった。
本願発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討し、ハニカム構造体のみかけの濾過面積全体を有効に利用し、フィルタサイズを大型化することなく、捕集効率の向上を図るには、ハニカム構造体全体により均一に排ガスが流入するようにすればよく、それには、ハニカム構造体の最外周のセル壁と、金属ケーシングとの距離を小さくすればよいことを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明のハニカムフィルタは、複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造体と、上記ハニカム構造体の外周側面を覆う筒状の金属ケーシングとからなるハニカムフィルタであって、
上記複数のセルのうち、最外周を構成するセルと、上記金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍであることを特徴とする。
上記複数のセルのうち、最外周を構成するセルと、上記金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍであることを特徴とする。
本発明のハニカムフィルタでは、上記ハニカム構造体の気孔率が７０％以上であり、上記セルの一方の端部が封止されていることが望ましい。
また、上記ハニカムフィルタにおいて、上記ハニカム構造体は、セルが重なり合うように、上記長手方向に複数の積層部材が積層されてなるものであることが望ましい。
また、上記積層部材は、主に無機繊維からなるものであるか、又は、主に金属からなるものであることが望ましい。
また、上記ハニカムフィルタにおいて、上記ハニカム構造体は、セルが重なり合うように、上記長手方向に複数の積層部材が積層されてなるものであることが望ましい。
また、上記積層部材は、主に無機繊維からなるものであるか、又は、主に金属からなるものであることが望ましい。
また、上記積層部材の両端には、さらに金属からなる端部用積層部材が積層されていることが望ましい。
また、上記ハニカム構造体の少なくとも一部には、触媒が担持されていることが望ましい。
また、上記ハニカム構造体の少なくとも一部には、触媒が担持されていることが望ましい。
本発明のハニカムフィルタでは、最外周を構成するセルと、金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍであるため、ハニカム構造体の外周部が中心部に比べて低温で、両者の間で温度差が生じ易くなり、ハニカム構造体の外周部にも排ガスが流入しやすくなる。また、これに伴い、ハニカムフィルタのセル壁を通過するガスの流速を相対的に遅くすることができ、その結果、ハニカムフィルタの捕集効率が向上することとなる。
また、本発明のハニカムフィルタでは、従来のハニカムフィルタのようにハニカム構造体と金属ケーシングとの間にマット状物を介在させる必要がない。従って、本発明では、ハニカムフィルタの小型化、製造工程数の削減を図ることできる。
本発明のハニカムフィルタは、複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造体と、上記ハニカム構造体の外周側面を覆う筒状の金属ケーシングとからなるハニカムフィルタであって、
上記複数のセルのうち、最外周を構成するセルと、上記金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍであることを特徴とする。
上記複数のセルのうち、最外周を構成するセルと、上記金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍであることを特徴とする。
なお、本発明のハニカムフィルタにおいて、最外周を構成するセルと、上記金属ケーシングの内面との最短距離とは、図１に示すように、ハニカムフィルタの長手方向に垂直な断面において、金属ケーシング１２の長手方向に垂直な断面の内周の形状と相似形であって、全てのセルを内包する最小の形状１１（以下、セルの最小内包形状ともいう。また、図１中、破線で示す）を仮想した場合に、このセルの最小内包形状１１と金属ケーシング１２の内面１３とがなす最短距離のことをいう。図１は、本発明のハニカムフィルタの一例の断面図であり、図中、１０ａはハニカム構造体である。
なお、本発明のハニカムフィルタでは、長手方向に垂直な断面において、通常、セルの最小内包形状１１の重心と、金属ケーシング１２の内面１３がなす形状の重心とが重なっているが、両者は必ずしも重なっている必要はなく、両者の最短距離が１〜３ｍｍになる範囲であれば、両者の重心がずれていてもよい。
なお、本発明のハニカムフィルタでは、長手方向に垂直な断面において、通常、セルの最小内包形状１１の重心と、金属ケーシング１２の内面１３がなす形状の重心とが重なっているが、両者は必ずしも重なっている必要はなく、両者の最短距離が１〜３ｍｍになる範囲であれば、両者の重心がずれていてもよい。
本発明のハニカムフィルタでは、上記最外周を構成するセルと、上記金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍである。
上記最短距離が１ｍｍ未満では、最外周のセルの外側のセル壁が破壊（クラックの発生や破れ等）されることとなり、一方、上記最短距離が３ｍｍを超えると、ハニカム構造体内に温度勾配が小さく、相対的に、排ガスがハニカム構造体の中央部を流れ易くなるため、充分な捕集効率を確保することができない。
上記最短距離が１ｍｍ未満では、最外周のセルの外側のセル壁が破壊（クラックの発生や破れ等）されることとなり、一方、上記最短距離が３ｍｍを超えると、ハニカム構造体内に温度勾配が小さく、相対的に、排ガスがハニカム構造体の中央部を流れ易くなるため、充分な捕集効率を確保することができない。
本発明のハニカムフィルタは、複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造体と、上記ハニカム構造体の外周側面を覆う筒状の金属ケーシングとからなる。
上記ハニカム構造体の形状は、後に図示する形状は円柱状であるが、円柱状に限定されるわけではなく、例えば、楕円柱状や角柱状等であってもよく、その他の任意形状であってもよい。
特に、エンジン直下にハニカム構造体が配置される場合には、スペースが非常に限られ、フィルタの形状も、複雑な形状にする必要が生じることがあるからである。
なお、複雑な形状のハニカム構造体を製造する場合には、後述する積層型ハニカム構造体であることが望ましい。所望の構造、形状に加工するのに適しているからである。
特に、エンジン直下にハニカム構造体が配置される場合には、スペースが非常に限られ、フィルタの形状も、複雑な形状にする必要が生じることがあるからである。
なお、複雑な形状のハニカム構造体を製造する場合には、後述する積層型ハニカム構造体であることが望ましい。所望の構造、形状に加工するのに適しているからである。
また、上記ハニカム構造体において、隣接するセル間の距離は、０．４ｍｍ以上であることが望ましい。この範囲であれば、高気孔率のハニカム構造体であっても、セル壁内及びセル壁の表面でパティキュレートを捕集することができるため捕集効率が高いからである。
なお、本明細書において、セル壁は、隣接するセルを隔てる壁を意味するものとする。
なお、本明細書において、セル壁は、隣接するセルを隔てる壁を意味するものとする。
また、上記隣接するセル間の距離の望ましい上限は、５．０ｍｍである。
セル壁の厚さが厚すぎると、開口率及び／又は濾過面積が小さくなりすぎ、圧力損失が上昇することがある。また、アッシュが抜けにくくなる。また、パティキュレートを深層濾過する範囲をスス捕集に対する壁の有効領域とすると有効領域の占める比率が低下することとなる。
セル壁の厚さが厚すぎると、開口率及び／又は濾過面積が小さくなりすぎ、圧力損失が上昇することがある。また、アッシュが抜けにくくなる。また、パティキュレートを深層濾過する範囲をスス捕集に対する壁の有効領域とすると有効領域の占める比率が低下することとなる。
また、上記ハニカム構造体の平均気孔径は特に限定されないが、望ましい下限は１μｍであり、望ましい上限は１００μｍである。平均気孔径が１μｍ未満では、セル壁内部までパティキュレートが深層濾過されず、セル壁内部に担持した触媒と接触することができない場合がある。一方、平均気孔径が１００μｍを超えると、パティキュレートが気孔を通り抜けてしまい、該パティキュレートを充分に捕集することができず、フィルタとして機能しないことがある。
なお、気孔率や平均気孔径は、例えば、水銀ポロシメータを用いた水銀圧入法による測定、重量法、アルキメデス法、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
なお、気孔率や平均気孔径は、例えば、水銀ポロシメータを用いた水銀圧入法による測定、重量法、アルキメデス法、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
上記ハニカム構造体の気孔率は、望ましい下限が７０％で、望ましい上限が９５％である。
上記気孔率が７０％未満では、パティキュレートを燃焼した際に生じるアッシュが、セル壁を通過しづらく、セル壁の表面や内部に堆積しやすくため、アッシュの堆積による圧力損失の上昇を避けることができない。一方、気孔率が９５％超えると、ハニカム構造体の強度が不充分となる。
また、後述するように、上記ハニカム構造体に触媒が担持されている場合、上記気孔率とは、触媒担持後の気孔率を意味する。
上記気孔率が７０％未満では、パティキュレートを燃焼した際に生じるアッシュが、セル壁を通過しづらく、セル壁の表面や内部に堆積しやすくため、アッシュの堆積による圧力損失の上昇を避けることができない。一方、気孔率が９５％超えると、ハニカム構造体の強度が不充分となる。
また、後述するように、上記ハニカム構造体に触媒が担持されている場合、上記気孔率とは、触媒担持後の気孔率を意味する。
また、上記ハニカム構造体のアスペクト比は、望ましい下限が０．２で、望ましい上限が０．９である。
上記アスペクト比が０．２未満では、初期の圧力損失が大きくなり、また、ハニカム構造体を設置する排ガス浄化装置の形状によっては、ハニカム構造体全体を有効に使用することができない場合がある。また、上記アスペクト比が０．９を超えた場合は、セル内を通過する際の排ガスが受ける抵抗が大きく、圧力損失が大きくなる。
なお、ハニカム構造体のアスペクト比とは、ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の径に対する上記ハニカム構造体の長手方向の長さの比のことをいう。
上記アスペクト比が０．２未満では、初期の圧力損失が大きくなり、また、ハニカム構造体を設置する排ガス浄化装置の形状によっては、ハニカム構造体全体を有効に使用することができない場合がある。また、上記アスペクト比が０．９を超えた場合は、セル内を通過する際の排ガスが受ける抵抗が大きく、圧力損失が大きくなる。
なお、ハニカム構造体のアスペクト比とは、ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の径に対する上記ハニカム構造体の長手方向の長さの比のことをいう。
上記ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は特に限定されないが、望ましい下限は、０．１６個／ｃｍ２（１．０個／ｉｎ２）、望ましい上限は、９３個／ｃｍ２（６００個／ｉｎ２）、より望ましい下値は、０．６２個／ｃｍ２（４．０個／ｉｎ２）、より望ましい上限は、７７．５個／ｃｍ２（５００個／ｉｎ２）である。
また、上記ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセルの大きさは特に限定されないが、望ましい下限は０．８ｍｍ×０．８ｍｍ、望ましい上限は１６ｍｍ×１６ｍｍである。
また、上記ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセルの大きさは特に限定されないが、望ましい下限は０．８ｍｍ×０．８ｍｍ、望ましい上限は１６ｍｍ×１６ｍｍである。
上記ハニカム構造体の開口率の望ましい値は、下限が３０％であり、上限が６０％である。
上記開口率が３０％未満では、排ガスがハニカム構造体に流入出する際の圧力損失が大きくなる場合があり、６０％を超えると、セル壁を厚くしたときに、濾過面積を充分に確保することができず圧力損失が大きくなったり、また、ハニカム構造体の強度が低下したりする場合がある。
なお、ハニカム構造体の開口率とは、ハニカム構造体の中心の断面の開口率、すなわち、ハニカム構造体を長手方向の中点で、長手方向と垂直に切断した断面の開口率のことをいう。
上記開口率が３０％未満では、排ガスがハニカム構造体に流入出する際の圧力損失が大きくなる場合があり、６０％を超えると、セル壁を厚くしたときに、濾過面積を充分に確保することができず圧力損失が大きくなったり、また、ハニカム構造体の強度が低下したりする場合がある。
なお、ハニカム構造体の開口率とは、ハニカム構造体の中心の断面の開口率、すなわち、ハニカム構造体を長手方向の中点で、長手方向と垂直に切断した断面の開口率のことをいう。
また、上記ハニカム構造体の少なくとも一部には、触媒が担持されていてもよい。
上記ハニカム構造体では、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等の排ガス中の有害なガス成分を浄化することができる触媒を担持させることにより、触媒反応により排ガス中の有害なガス成分を浄化することが可能となる。また、パティキュレートの燃焼を助ける触媒を担持させることにより、パティキュレートをより容易に、又は、連続的に、燃焼除去することができる。その結果、上記ハニカム構造体は、排ガスの浄化性能を向上することができ、さらに、パティキュレートを燃焼させるためのエネルギーを低下させることも可能となる。
また、上記ハニカム構造体が、長手方向に複数の積層部材が積層されてなるものである場合には、この積層部材の少なくとも一部に触媒が担持されていればよい。
上記ハニカム構造体では、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等の排ガス中の有害なガス成分を浄化することができる触媒を担持させることにより、触媒反応により排ガス中の有害なガス成分を浄化することが可能となる。また、パティキュレートの燃焼を助ける触媒を担持させることにより、パティキュレートをより容易に、又は、連続的に、燃焼除去することができる。その結果、上記ハニカム構造体は、排ガスの浄化性能を向上することができ、さらに、パティキュレートを燃焼させるためのエネルギーを低下させることも可能となる。
また、上記ハニカム構造体が、長手方向に複数の積層部材が積層されてなるものである場合には、この積層部材の少なくとも一部に触媒が担持されていればよい。
上記触媒としては特に限定されないが、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属からなる触媒が挙げられる。また、これらの貴金属に加えて、アルカリ金属（元素周期表１族）、アルカリ土類金属（元素周期表２族）、希土類元素（元素周期表３族）、遷移金属元素を含んだ化合物が担持されていてもよい。
また、上記ハニカム構造体に上記触媒を付着させる際には、予めその表面をアルミナ等の触媒担持層で被覆した後に、上記触媒を付着させてもよい。上記触媒担持層としては、例えば、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ、セリア等の酸化物セラミックが挙げられる。
上記ハニカム構造体の具体的な形態は、大きく下記の３つの形態に分けることができる。
即ち、１つ目は、セルが重なり合うように、上記長手方向に複数の積層部材が積層された形態（以下、このような形態のハニカム構造体を積層型ハニカム構造体ともいう）であり、２つ目は、複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成された形態（以下、このような形態のハニカム構造体を集合型ハニカム構造体ともいう）であり、３つ目は、全体が一体として焼結形成された多孔質セラミック体から構成された形態（以下、このような形態のハニカム構造体を一体型ハニカム構造体ともいう）である。
即ち、１つ目は、セルが重なり合うように、上記長手方向に複数の積層部材が積層された形態（以下、このような形態のハニカム構造体を積層型ハニカム構造体ともいう）であり、２つ目は、複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成された形態（以下、このような形態のハニカム構造体を集合型ハニカム構造体ともいう）であり、３つ目は、全体が一体として焼結形成された多孔質セラミック体から構成された形態（以下、このような形態のハニカム構造体を一体型ハニカム構造体ともいう）である。
これらのなかでは、積層型ハニカム構造体が本発明のハニカムフィルタに適している。
集合型ハニカム構造体や一体型ハニカム構造体では、ハニカム構造体を金属ケーシング内に圧入する際に、ハニカム構造体の輪郭度、平面度、直角度等のわずかな歪みがキャニングを困難にすることがあったり、最外周のセル壁が破損したりすることがあったが、積層型ハニカム構造体では、このような問題が発生しにくいからである。
集合型ハニカム構造体や一体型ハニカム構造体では、ハニカム構造体を金属ケーシング内に圧入する際に、ハニカム構造体の輪郭度、平面度、直角度等のわずかな歪みがキャニングを困難にすることがあったり、最外周のセル壁が破損したりすることがあったが、積層型ハニカム構造体では、このような問題が発生しにくいからである。
上記積層型ハニカム構造体と金属ケーシングとからなるハニカムフィルタについて、図面を参照しながら説明する。
図２（ａ）は、積層型ハニカム構造体を用いたハニカムフィルタを模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
図２（ａ）は、積層型ハニカム構造体を用いたハニカムフィルタを模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
ハニカムフィルタ１００を構成する積層型ハニカム構造体１１０は、いずれか一端が目封じされた多数のセル１１１が壁部（セル壁）１１３を隔てて長手方向に並設された円柱形状のものである。
すなわち、図２（ｂ）に示したように、セル１１１は、排ガスの入口側又は出口側に相当する端部のいずれかが目封じされ、一のセル１１１に流入した排ガスは、必ずセル１１１を隔てるセル壁１１３を通過した後、他のセル１１１から流出し、セル壁１１３がフィルタとして機能するようになっている。
すなわち、図２（ｂ）に示したように、セル１１１は、排ガスの入口側又は出口側に相当する端部のいずれかが目封じされ、一のセル１１１に流入した排ガスは、必ずセル１１１を隔てるセル壁１１３を通過した後、他のセル１１１から流出し、セル壁１１３がフィルタとして機能するようになっている。
そして、積層型ハニカム構造体１１０は、厚さが０．１〜２０ｍｍ程度の積層部材１１０ａを積層して形成した積層体であり、長手方向にセル１１１が重なり合うように、積層部材１１０ａが積層されている。
ここで、セルが重なり合うように積層部材が積層されているとは、隣り合う積層部材に形成されたセル同士が連通するように積層されていることをいう。
また、積層された積層部材１１０ａの両端には、端部用積層部材１１０ｂとして、セルが市松模様に形成された緻密質の板状体が積層されている。
そして、このハニカム構造体１１０は、筒状の金属ケーシング１２３に収納されている。
ここで、セルが重なり合うように積層部材が積層されているとは、隣り合う積層部材に形成されたセル同士が連通するように積層されていることをいう。
また、積層された積層部材１１０ａの両端には、端部用積層部材１１０ｂとして、セルが市松模様に形成された緻密質の板状体が積層されている。
そして、このハニカム構造体１１０は、筒状の金属ケーシング１２３に収納されている。
各積層部材同士は、無機の接着材等により接着されていてもよいし、単に物理的に積層されているのみであってもよいが、単に物理的に積層されているのみであることが望ましい。単に物理的に積層されているのみであると、接着材等からなる接合部により排ガスの流れが阻害されて圧力損失が高くなってしまうことがないからである。なお、各積層部材同士が単に物理的に積層されているのみである場合、積層体とするには、後述する金属ケーシング内で積層し、圧力を加える。
積層型ハニカム構造体では、長手方向に積層部材が積層されてなる構造を有するので、再生処理等の際にフィルタ全体に大きな温度差が生じても、それぞれの積層部材に生じる温度差は小さく、それによる熱応力も小さいため、損傷が非常に発生しにくい。このため、積層型ハニカム構造体は、セル壁で深層濾過させることを目的として高気孔率にしやすい。また、特にフィルタを複雑な形状とした場合には、フィルタは熱応力に対して非常に弱くなるが、積層型ハニカム構造体は、複雑な形状とした場合であっても、損傷が非常に発生しにくい。
積層型ハニカム構造体を構成する積層部材は、それぞれ主に無機繊維からなる積層部材（以下、無機繊維積層部材ともいう）か、又は、主に金属からなる積層部材（以下、金属積層部材ともいう）であることが望ましい。高気孔率とした場合のハニカム構造体としての強度や、耐熱性に優れるからである。
そして、各積層部材を積層する際には、無機繊維積層部材のみを積層してもよいし、金属積層部材のみを積層してもよい。
さらに、無機繊維積層部材と金属積層部材とを組み合わせて積層してもよい。両者を組み合わせて積層する場合、その積層順序は特に限定されない。
そして、各積層部材を積層する際には、無機繊維積層部材のみを積層してもよいし、金属積層部材のみを積層してもよい。
さらに、無機繊維積層部材と金属積層部材とを組み合わせて積層してもよい。両者を組み合わせて積層する場合、その積層順序は特に限定されない。
上記金属積層部材の材料としては特に限定されず、例えば、クロム系ステンレス、クロムニッケル系ステンレス等が挙げられる。
また、上記金属積層部材は、上述したような金属からなる金属繊維が３次元に入り組んで構成された構造体、上述したような金属からなり、造孔材によって貫通気孔が形成された構造体、上述したような金属からなる金属粉末を気孔が残るように焼結させた構造体等であることが望ましい。
また、上記金属積層部材は、上述したような金属からなる金属繊維が３次元に入り組んで構成された構造体、上述したような金属からなり、造孔材によって貫通気孔が形成された構造体、上述したような金属からなる金属粉末を気孔が残るように焼結させた構造体等であることが望ましい。
また、上記無機繊維積層部材を構成する無機繊維の材質としては、例えば、シリカ−アルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミック、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の窒化物セラミック、炭化珪素等の炭化物セラミック、玄武岩等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
上記無機繊維の繊維長の望ましい下限は、０．１ｍｍ、望ましい上限は、１００ｍｍ、より望ましい下限は、０．５ｍｍ、より望ましい上限は、５０ｍｍである。また、上記無機繊維の繊維径の望ましい下限は、０．３μｍ、望ましい上限は、３０μｍ、より望ましい下限は、０．５μｍ、より望ましい上限は、１５μｍである。
上記無機繊維積層部材は、上記無機繊維のほかに、一定の形状を維持するためにこれらの無機繊維同士を結合するバインダを含んでもよい。
上記バインダとしては特に限定されず、例えば、珪酸ガラス、珪酸アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス等の無機ガラス、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル等が挙げられる。
上記無機繊維積層部材は、無機粒子及び金属粒子を少量含んでいてもよい。
上記バインダとしては特に限定されず、例えば、珪酸ガラス、珪酸アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス等の無機ガラス、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル等が挙げられる。
上記無機繊維積層部材は、無機粒子及び金属粒子を少量含んでいてもよい。
また、上記無機繊維積層部材では、無機繊維同士がシリカを含有する無機物等により固着されていることが望ましい。この場合、無機繊維同士の交差部近傍が固着されていることが望ましい。これにより、無機繊維積層部材の強度及び柔軟性が優れたものとなるからである。
上記シリカを含有する無機物としては、例えば、珪酸ガラス、珪酸アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス等の無機ガラスが挙げられる。
また、無機繊維同士がシリカを含有する無機物等により固着された無機繊維積層部材は、固着後、さらに酸処理等が施されたものであってもよい。
上記シリカを含有する無機物としては、例えば、珪酸ガラス、珪酸アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス等の無機ガラスが挙げられる。
また、無機繊維同士がシリカを含有する無機物等により固着された無機繊維積層部材は、固着後、さらに酸処理等が施されたものであってもよい。
また、積層された無機繊維積層部材や金属積層部材の両端には、さらに、セルが市松模様に形成された端部用積層部材が積層されていることが望ましい。
上記端部用積層部材を積層することにより、端部のセルを封止材で封止することを行わなくても、セルのいずれか一方の端部は、封止されることとなる。
上記端部用積層部材を積層することにより、端部のセルを封止材で封止することを行わなくても、セルのいずれか一方の端部は、封止されることとなる。
上記端部用積層部材は、上記無機繊維積層部材や金属積層部材と同様の材質からなり、セルが市松模様に形成されたものであってもよいし、セルが市松模様に形成された緻密質の板状体であってもよい。
なお、本明細書において、緻密質とは、積層部材よりも気孔率が小さいものをいい、その具体的な材料としては、例えば、金属やセラミック等が挙げられる。
上記緻密質の板状体を用いた場合には、上記端部用積層部材を薄くすることができる。
また、上記端部用積層部材としては、金属からなるものが望ましい。
なお、本明細書において、緻密質とは、積層部材よりも気孔率が小さいものをいい、その具体的な材料としては、例えば、金属やセラミック等が挙げられる。
上記緻密質の板状体を用いた場合には、上記端部用積層部材を薄くすることができる。
また、上記端部用積層部材としては、金属からなるものが望ましい。
また、上記積層部材として、金属積層部材のみを用いた場合や、積層された無機繊維積層部材や金属積層部材の両端に、さらにセルが市松模様に形成された金属積層部材や金属からなる板状体を積層した場合には、長時間使用しても風食されにくい。
また、上記積層型ハニカム構造体では、積層部材として、主に多孔質セラミックからなる積層部材（以下、セラミック積層部材ともいう）を用いてもよい。
上記セラミック積層部材を構成する多孔質セラミックの材質としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト、シリカ、チタン酸アルミニウム等の酸化物セラミック等が挙げられる。また、上記セラミック積層部材は、シリコンと炭化珪素との複合体といった２種類以上の材料から形成されているものであってもよい。
上記セラミック積層部材を構成する多孔質セラミックの材質としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト、シリカ、チタン酸アルミニウム等の酸化物セラミック等が挙げられる。また、上記セラミック積層部材は、シリコンと炭化珪素との複合体といった２種類以上の材料から形成されているものであってもよい。
また、上記積層型ハニカム構造体では、セルの寸法が異なる積層部材を作製し、これらを積層していけば、セルの内表面に凹凸が形成され、濾過面積が大きくなり、パティキュレートを捕集した際の圧力損失をさらに低くすることが可能となると考えられる。
上記セルの平面視形状については特に四角形に限定されず、例えば、三角形、六角形、八角形、十二角形、円形、楕円形等の任意の形状であってよい。
なお、セラミック積層部材を積層した場合も、その両端に緻密質からなる板状体等の端部用積層部材を積層してもよい。
上記セルの平面視形状については特に四角形に限定されず、例えば、三角形、六角形、八角形、十二角形、円形、楕円形等の任意の形状であってよい。
なお、セラミック積層部材を積層した場合も、その両端に緻密質からなる板状体等の端部用積層部材を積層してもよい。
上記ハニカムフィルタでは、このような構成からなる積層型ハニカム構造体が、筒状の金属ケーシング内に収納されている。
上記金属ケーシングの材質としては、例えば、ステンレス、鉄等が挙げられる。
また、上記金属ケーシングの形状は、分割不能な筒状体であってもよいし、２個又は複数個の分割片に分割可能な筒状体（例えば、クラムシェル型の金属ケーシング等）であってもよい。
上記金属ケーシングの材質としては、例えば、ステンレス、鉄等が挙げられる。
また、上記金属ケーシングの形状は、分割不能な筒状体であってもよいし、２個又は複数個の分割片に分割可能な筒状体（例えば、クラムシェル型の金属ケーシング等）であってもよい。
なお、本発明のハニカムフィルタでは、上述したように、ハニカム構造体と金属ケーシングとの間にマット状物を介在させる必要がなく、ここまで説明したハニカムフィルタでは、ハニカム構造体と金属ケーシングが直接接している。
しかしなから、本発明のハニカムフィルタでは、上記最外周を構成するセルと、上記金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍの範囲にあれば、ハニカム構造体と金属ケーシングとは必ずしも直接接している必要はなく、両者の間にマット状物や金属板等が介在していてもよい。なお、この場合、マット状物や金属板は、厚さの薄いものが望ましく、また、熱伝導率の高いものが望ましい。
しかしなから、本発明のハニカムフィルタでは、上記最外周を構成するセルと、上記金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍの範囲にあれば、ハニカム構造体と金属ケーシングとは必ずしも直接接している必要はなく、両者の間にマット状物や金属板等が介在していてもよい。なお、この場合、マット状物や金属板は、厚さの薄いものが望ましく、また、熱伝導率の高いものが望ましい。
次に、積層型ハニカム構造体を用いたハニカムフィルタの製造方法について、図３を参照しながら説明する。
（１）金属積層部材の製造方法
まず、厚さが０．１〜２０ｍｍ程度の主に金属からなる多孔質金属板をレーザー加工又は打ち抜き加工することで、ほぼ全面にセルを互いにほぼ等間隔で形成し、図３（ａ）に示すようなセルが高密度で形成された積層部材１１０ａを製造する。
また、積層型ハニカム構造体の端面近傍に位置し、セルの封止部を構成する積層部材を製造する場合には、レーザー加工の際に、セルを市松模様に形成し、セルが低密度で形成された積層部材（端部用積層部材）１１０ｂを製造する。
そして、このセルが低密度で形成された積層部材を１枚〜数枚端部に用いれば、端部の所定のセルを塞ぐという工程を行うことなく、フィルタとして機能する積層型ハニカム構造体を得ることができる。
（１）金属積層部材の製造方法
まず、厚さが０．１〜２０ｍｍ程度の主に金属からなる多孔質金属板をレーザー加工又は打ち抜き加工することで、ほぼ全面にセルを互いにほぼ等間隔で形成し、図３（ａ）に示すようなセルが高密度で形成された積層部材１１０ａを製造する。
また、積層型ハニカム構造体の端面近傍に位置し、セルの封止部を構成する積層部材を製造する場合には、レーザー加工の際に、セルを市松模様に形成し、セルが低密度で形成された積層部材（端部用積層部材）１１０ｂを製造する。
そして、このセルが低密度で形成された積層部材を１枚〜数枚端部に用いれば、端部の所定のセルを塞ぐという工程を行うことなく、フィルタとして機能する積層型ハニカム構造体を得ることができる。
次に、必要に応じて、金属積層部材に触媒を付与する。
具体的には、例えば、金属積層部材の表面に、酸化物触媒や比表面積の大きなアルミナ膜を形成し、このアルミナ膜の表面に白金等の触媒を付与する。
酸化物触媒を担持する方法としては、例えば、ＣＺ（ｎＣｅＯ２・ｍＺｒＯ２）１０ｇ、エタノール１ｌ（リットル）、クエン酸５ｇ及びｐＨ調整剤を適量含む溶液に、金属積層部材を５分間程度浸漬し、その後、５００℃程度で焼成処理を施す方法等が挙げられる。
なお、この場合、上記した浸漬、焼成工程を繰り返すことにより、付与触媒量を調整することができる。
具体的には、例えば、金属積層部材の表面に、酸化物触媒や比表面積の大きなアルミナ膜を形成し、このアルミナ膜の表面に白金等の触媒を付与する。
酸化物触媒を担持する方法としては、例えば、ＣＺ（ｎＣｅＯ２・ｍＺｒＯ２）１０ｇ、エタノール１ｌ（リットル）、クエン酸５ｇ及びｐＨ調整剤を適量含む溶液に、金属積層部材を５分間程度浸漬し、その後、５００℃程度で焼成処理を施す方法等が挙げられる。
なお、この場合、上記した浸漬、焼成工程を繰り返すことにより、付与触媒量を調整することができる。
（２）無機繊維積層部材の製造方法
まず、抄造用スラリーを調製する。具体的には、例えば、無機繊維と、無機ガラス等の無機物とを充分に混合し、さらに、必要に応じて、適量の水、有機バインダ、無機バインダ等を添加し、充分撹拌することにより抄造用スラリーを調製する。
まず、抄造用スラリーを調製する。具体的には、例えば、無機繊維と、無機ガラス等の無機物とを充分に混合し、さらに、必要に応じて、適量の水、有機バインダ、無機バインダ等を添加し、充分撹拌することにより抄造用スラリーを調製する。
次に、上記抄造用スラリーを用いて、主に無機繊維からなる積層部材を抄造する。
具体的には、まず、上記抄造用スラリーをメッシュにより抄き、得られたものを１００〜２００℃程度の温度で乾燥し、次に、打ち抜き加工によりほぼ全面にセルを等間隔で形成し、その後、９００〜１０５０℃程度で加熱処理することにより、図３（ａ）に示すような、セルが高密度で形成された所定厚さの積層部材を得る。
また、積層型ハニカム構造体の端面近傍に位置し、セルの封止部を構成する積層部材を製造する場合には、例えば、上記抄造用スラリーをメッシュにより抄き、得られたものを１００〜２００℃程度の温度で乾燥し、次に、打ち抜き加工により市松模様にセルを形成し、その後、９００〜１０５０℃程度で加熱処理することにより、所定のセルが低密度で形成された積層部材（端部用積層部材）を製造することができる。
このような方法では、無機繊維同士が無機ガラス等の無機物で固着された積層部材を作製することができる。
なお、上記無機繊維同士は、無機ガラス等の無機物で融着されていることが望ましい。上述のように、無機繊維の内部に無機ガラス等の無機物を混入して加熱処理することにより、該加熱処理により溶融した無機物を、無機繊維同士の交差部近傍で冷却、固化させることができ、無機繊維同士の交差部を無機物で局所的に固定することができるからである。
また、上記加熱処理の後、必要に応じて、酸処理や焼きしめ処理を行ってもよい。
具体的には、まず、上記抄造用スラリーをメッシュにより抄き、得られたものを１００〜２００℃程度の温度で乾燥し、次に、打ち抜き加工によりほぼ全面にセルを等間隔で形成し、その後、９００〜１０５０℃程度で加熱処理することにより、図３（ａ）に示すような、セルが高密度で形成された所定厚さの積層部材を得る。
また、積層型ハニカム構造体の端面近傍に位置し、セルの封止部を構成する積層部材を製造する場合には、例えば、上記抄造用スラリーをメッシュにより抄き、得られたものを１００〜２００℃程度の温度で乾燥し、次に、打ち抜き加工により市松模様にセルを形成し、その後、９００〜１０５０℃程度で加熱処理することにより、所定のセルが低密度で形成された積層部材（端部用積層部材）を製造することができる。
このような方法では、無機繊維同士が無機ガラス等の無機物で固着された積層部材を作製することができる。
なお、上記無機繊維同士は、無機ガラス等の無機物で融着されていることが望ましい。上述のように、無機繊維の内部に無機ガラス等の無機物を混入して加熱処理することにより、該加熱処理により溶融した無機物を、無機繊維同士の交差部近傍で冷却、固化させることができ、無機繊維同士の交差部を無機物で局所的に固定することができるからである。
また、上記加熱処理の後、必要に応じて、酸処理や焼きしめ処理を行ってもよい。
上記無機繊維積層部材には、必要に応じて、触媒を付与してもよい。
触媒の付与方法としては、金属積層部材に触媒を付与する方法と同様の方法を用いることができる。
触媒の付与方法としては、金属積層部材に触媒を付与する方法と同様の方法を用いることができる。
（３）積層部材の積層工程
図３（ｂ）に示すように、片側に抑え用の金具を有する円筒状の金属ケーシング１２３を用い、まず、金属ケーシング１２３内に、（１）又は（２）のようにして製造した端部用積層部材１１０ｂを１枚〜数枚積層した後、内部用の積層部材１１０ａを所定枚数積層する。そして、最後に、端部用積層部材１１０ｂを１枚〜数枚積層し、さらにプレスを行い、その後、もう片方にも、抑え用の金具を設置、固定することにより、キャニングまで完了したハニカムフィルタを製造することができる。もちろん、この工程では、セルが重なり合うように、各積層部材を積層する。
また、端部用積層部材として、金属製の板状体を用いた場合には、これを溶接することで押え用金具とすることもできる。
また、無機繊維積層部材からなる積層型ハニカム構造体を用いる場合には、プレス時に積層部材が薄くなることに伴って、その気孔率が減少することとなるため、この減少分を考慮して積層部材を製造しておく必要がある。
図３（ｂ）に示すように、片側に抑え用の金具を有する円筒状の金属ケーシング１２３を用い、まず、金属ケーシング１２３内に、（１）又は（２）のようにして製造した端部用積層部材１１０ｂを１枚〜数枚積層した後、内部用の積層部材１１０ａを所定枚数積層する。そして、最後に、端部用積層部材１１０ｂを１枚〜数枚積層し、さらにプレスを行い、その後、もう片方にも、抑え用の金具を設置、固定することにより、キャニングまで完了したハニカムフィルタを製造することができる。もちろん、この工程では、セルが重なり合うように、各積層部材を積層する。
また、端部用積層部材として、金属製の板状体を用いた場合には、これを溶接することで押え用金具とすることもできる。
また、無機繊維積層部材からなる積層型ハニカム構造体を用いる場合には、プレス時に積層部材が薄くなることに伴って、その気孔率が減少することとなるため、この減少分を考慮して積層部材を製造しておく必要がある。
本発明のハニカムフィルタの用途は特に限定されないが、車両の排ガス浄化装置に用いられることが望ましい。
排ガス浄化装置は、例えば、ハニカム構造体を収納している金属ケーシングの一端が、ディーゼルエンジン等の内燃機関に連結された排ガス導入管に接続され、金属ケーシング他端部が、外部に連結された排ガス導出管に接続されて構成されている。
排ガス浄化装置は、例えば、ハニカム構造体を収納している金属ケーシングの一端が、ディーゼルエンジン等の内燃機関に連結された排ガス導入管に接続され、金属ケーシング他端部が、外部に連結された排ガス導出管に接続されて構成されている。
このような構成からなる排ガス浄化装置では、エンジン等の内燃機関から排出された排ガスは、導入管を通ってハニカム構造体、ハニカム構造体のセル壁を通過して、このセル壁でパティキュレートが捕集されて浄化された後、導出管を通って外部へ排出されることとなる。
そして、ハニカム構造体のセル壁にパティキュレートが捕集されて堆積すると、ハニカム構造体の再生処理を行う。
ハニカム構造体の再生処理とは、捕集したパティキュレートを燃焼させることを意味し、具体的な再生する方法としては、例えば、ポストインジェクション方式、排ガス流入側に設けた加熱手段によりハニカム構造体を加熱する方式、固体のパティキュレートを直接酸化する触媒をフィルタに設けて連続的に再生する方式、及び、ハニカム構造体の上流側に設けた酸化触媒によりＮOｘを酸化させてＮO２を生成させ、そのＮO２を用いてパティキュレートを酸化させる方式等が用いることができる。
ハニカム構造体の再生処理とは、捕集したパティキュレートを燃焼させることを意味し、具体的な再生する方法としては、例えば、ポストインジェクション方式、排ガス流入側に設けた加熱手段によりハニカム構造体を加熱する方式、固体のパティキュレートを直接酸化する触媒をフィルタに設けて連続的に再生する方式、及び、ハニカム構造体の上流側に設けた酸化触媒によりＮOｘを酸化させてＮO２を生成させ、そのＮO２を用いてパティキュレートを酸化させる方式等が用いることができる。
以下に実施例を掲げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
（１）抄造用スラリーの調製工程
まず、アルミナファイバ５０重量部、ガラスファイバ（平均繊維径：９μｍ、平均繊維長：３ｍｍ）５０重量部及び有機バインダ（ポリビニルアルコール系繊維）１０重量部を、充分量の水に分散させ、充分撹拌することにより抄造用スラリーを調製した。
（１）抄造用スラリーの調製工程
まず、アルミナファイバ５０重量部、ガラスファイバ（平均繊維径：９μｍ、平均繊維長：３ｍｍ）５０重量部及び有機バインダ（ポリビニルアルコール系繊維）１０重量部を、充分量の水に分散させ、充分撹拌することにより抄造用スラリーを調製した。
（２）抄造工程及びセル形成工程
（１）で得られたスラリーを、直径１３０ｍｍのメッシュにより抄き、得られたものを１３５℃で乾燥することにより、直径１３０ｍｍのシート状無機複合体を得た。
次に、打ち抜き加工により、シート状無機複合体の外縁とセルの最小内包形状との最短距離が１ｍｍ、セル密度が３．７個／ｃｍ２、セル壁の厚さ（隣接するセル間の距離）が２ｍｍとなるようにシート状無機複合体の略全面にセルを形成した。
（１）で得られたスラリーを、直径１３０ｍｍのメッシュにより抄き、得られたものを１３５℃で乾燥することにより、直径１３０ｍｍのシート状無機複合体を得た。
次に、打ち抜き加工により、シート状無機複合体の外縁とセルの最小内包形状との最短距離が１ｍｍ、セル密度が３．７個／ｃｍ２、セル壁の厚さ（隣接するセル間の距離）が２ｍｍとなるようにシート状無機複合体の略全面にセルを形成した。
（３）加熱処理工程
（２）で得られたシート状無機複合体を加圧しながら９５０℃で１時間加熱処理し、無機繊維積層部材を得た。なお、この工程では、アルミナファイバ同士がガラスにより固着されることとなる。
（２）で得られたシート状無機複合体を加圧しながら９５０℃で１時間加熱処理し、無機繊維積層部材を得た。なお、この工程では、アルミナファイバ同士がガラスにより固着されることとなる。
（４）酸処理及び焼きしめ処理
（３）で得られた無機繊維積層部材を９０℃、４ｍｏｌ／ｌのＨＣｌ溶液に１時間浸漬することにより酸処理を施し、さらに、１０５０℃で５時間の条件で焼きしめ処理を行った。
これにより、気孔率が８８％で、厚さが１ｍｍの部材を作成した。
（３）で得られた無機繊維積層部材を９０℃、４ｍｏｌ／ｌのＨＣｌ溶液に１時間浸漬することにより酸処理を施し、さらに、１０５０℃で５時間の条件で焼きしめ処理を行った。
これにより、気孔率が８８％で、厚さが１ｍｍの部材を作成した。
（５）端部用積層部材（緻密質の金属板状体）の作製
Ｎｉ−Ｃｒ合金製金属板（緻密質の金属板）を、直径１３０ｍｍ×厚さ１ｍｍの円盤状に加工した後、レーザー加工することで、セル密度約１．８６個／ｃｍ２、セル壁の厚さ（隣接するセル間の距離）が２ｍｍとなるようにしてセルが市松模様に形成された端部用積層部材を製造した。
なお、端部用積層部材では、セルが市松模様に形成されており、セル密度が積層部材の略半分となっている。
Ｎｉ−Ｃｒ合金製金属板（緻密質の金属板）を、直径１３０ｍｍ×厚さ１ｍｍの円盤状に加工した後、レーザー加工することで、セル密度約１．８６個／ｃｍ２、セル壁の厚さ（隣接するセル間の距離）が２ｍｍとなるようにしてセルが市松模様に形成された端部用積層部材を製造した。
なお、端部用積層部材では、セルが市松模様に形成されており、セル密度が積層部材の略半分となっている。
（６）積層工程
まず、別途、片側に抑え用の金具が取り付けられた金属ケーシング（ステンレス製）を、金具が取り付けられた側が下になるように立てた。そして、上記（５）の工程で得た端部用積層部材を１枚積層した後、上記（４）の工程で得た無機繊維積層部材を１１０枚積層し、最後に端部用積層部材１枚を積層し、さらにプレスを行い、その後、もう片方にも、抑え用の金具を設置、固定することにより、その長さが９０ｍｍの積層型ハニカム構造体が金属ケーシング内に収納されたハニカムフィルタを得た。なお、プレス工程を経て作製したハニカム構造体の気孔率は８５％、平均気孔径は３５μｍである。また、この工程ではセルが重なり合うように、各シートを積層した。
本実施例で製造したハニカムフィルタにおいて、積層型ハニカム構造体の最外周を構成するセルと、金属ケーシングの内面との最短距離は、１ｍｍである。
まず、別途、片側に抑え用の金具が取り付けられた金属ケーシング（ステンレス製）を、金具が取り付けられた側が下になるように立てた。そして、上記（５）の工程で得た端部用積層部材を１枚積層した後、上記（４）の工程で得た無機繊維積層部材を１１０枚積層し、最後に端部用積層部材１枚を積層し、さらにプレスを行い、その後、もう片方にも、抑え用の金具を設置、固定することにより、その長さが９０ｍｍの積層型ハニカム構造体が金属ケーシング内に収納されたハニカムフィルタを得た。なお、プレス工程を経て作製したハニカム構造体の気孔率は８５％、平均気孔径は３５μｍである。また、この工程ではセルが重なり合うように、各シートを積層した。
本実施例で製造したハニカムフィルタにおいて、積層型ハニカム構造体の最外周を構成するセルと、金属ケーシングの内面との最短距離は、１ｍｍである。
（実施例２、３）
基本的には、実施例１と同様の工程を行い、ハニカム構造体の直径に応じてメッシュの直径を調整し、表１に示した形状のハニカム構造体を製造した。
なお、実施例２、３では、積層部材の直径を変更しつつ、打ち抜き加工でセルを形成する位置を実施例１と同様にすることにより、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離を変更したハニカムフィルタを製造した。
また、積層部材の直径の変更に合せて、端部用積層部材の直径を、同様に、１３２ｍｍ（実施例２）、１３４ｍｍ（実施例３）と変更した。
基本的には、実施例１と同様の工程を行い、ハニカム構造体の直径に応じてメッシュの直径を調整し、表１に示した形状のハニカム構造体を製造した。
なお、実施例２、３では、積層部材の直径を変更しつつ、打ち抜き加工でセルを形成する位置を実施例１と同様にすることにより、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離を変更したハニカムフィルタを製造した。
また、積層部材の直径の変更に合せて、端部用積層部材の直径を、同様に、１３２ｍｍ（実施例２）、１３４ｍｍ（実施例３）と変更した。
（実施例４）
（１）積層部材の作製
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ系合金製３次元網目状金属多孔体（三菱マテリアル社製、商品名：ＭＡ２３、平均気孔径３５μｍ、気孔率８５％、厚さ１ｍｍ）を直径１３０ｍｍの円盤状に加工した後、レーザー加工することで、シート状無機複合体の外縁とセルの最小内包形状との最短距離が１ｍｍ、セル密度が３．７個／ｃｍ２、セル壁の厚さ（隣接するセル間の距離）が２ｍｍとなるようにセルをほぼ全面に形成し、金属積層部材を製造した。
（１）積層部材の作製
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ系合金製３次元網目状金属多孔体（三菱マテリアル社製、商品名：ＭＡ２３、平均気孔径３５μｍ、気孔率８５％、厚さ１ｍｍ）を直径１３０ｍｍの円盤状に加工した後、レーザー加工することで、シート状無機複合体の外縁とセルの最小内包形状との最短距離が１ｍｍ、セル密度が３．７個／ｃｍ２、セル壁の厚さ（隣接するセル間の距離）が２ｍｍとなるようにセルをほぼ全面に形成し、金属積層部材を製造した。
（２）積層工程
片側に抑え用の金具が取り付けられた金属ケーシングを、金具が取り付けられた側が下になるように立てた。そして、実施例１の（５）の工程と同様の方法で、所定の位置に市松模様にセルが形成された端部用積層部材（金属板状体）を作製し、この端部用積層部材（金属板状体）を１枚積層した後、上記金属積層部材を８８枚積層し、最後に上記と同様の端部用積層部材（金属板状体）を１枚積層し、さらにプレスを行い、その後、もう片方にも、抑え用の金具を設置、固定することにより、その長さが９０ｍｍの積層体からなるハニカムフィルタを得た。
片側に抑え用の金具が取り付けられた金属ケーシングを、金具が取り付けられた側が下になるように立てた。そして、実施例１の（５）の工程と同様の方法で、所定の位置に市松模様にセルが形成された端部用積層部材（金属板状体）を作製し、この端部用積層部材（金属板状体）を１枚積層した後、上記金属積層部材を８８枚積層し、最後に上記と同様の端部用積層部材（金属板状体）を１枚積層し、さらにプレスを行い、その後、もう片方にも、抑え用の金具を設置、固定することにより、その長さが９０ｍｍの積層体からなるハニカムフィルタを得た。
（実施例５、６）
基本的には、実施例４と同様の工程を行い、ハニカム構造体の直径に応じてＮｉ−Ｃｒ−Ｗ系合金製３次元網目状金属多孔体の直径を調整し、表１に示した形状のハニカム構造体を製造した。
なお、実施例５、６では、積層部材の直径を変更しつつ、レーザー加工でセルを形成する位置を実施例４と同様にすることにより、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離を変更したハニカムフィルタを製造した。
また、積層部材の直径の変更に合せて、端部用積層部材の直径を、同様に、１３２ｍｍ（実施例５）、１３４ｍｍ（実施例６）と変更した。
基本的には、実施例４と同様の工程を行い、ハニカム構造体の直径に応じてＮｉ−Ｃｒ−Ｗ系合金製３次元網目状金属多孔体の直径を調整し、表１に示した形状のハニカム構造体を製造した。
なお、実施例５、６では、積層部材の直径を変更しつつ、レーザー加工でセルを形成する位置を実施例４と同様にすることにより、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離を変更したハニカムフィルタを製造した。
また、積層部材の直径の変更に合せて、端部用積層部材の直径を、同様に、１３２ｍｍ（実施例５）、１３４ｍｍ（実施例６）と変更した。
（比較例１、２）
基本的には、実施例１と同様の工程を行い、ハニカム構造体の直径に応じてメッシュの直径を調整し、表１に示した形状のハニカム構造体を製造した。
なお、比較例１、２では、積層部材の直径を変更しつつ、打ち抜き加工でセルを形成する位置を実施例１と同様にすることにより、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離を変更したハニカムフィルタを製造した。
また、積層部材の直径の変更に合せて、端部用積層部材の直径を、同様に、１２９．６ｍｍ（比較例１）、１３５ｍｍ（比較例２）と変更した。
基本的には、実施例１と同様の工程を行い、ハニカム構造体の直径に応じてメッシュの直径を調整し、表１に示した形状のハニカム構造体を製造した。
なお、比較例１、２では、積層部材の直径を変更しつつ、打ち抜き加工でセルを形成する位置を実施例１と同様にすることにより、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離を変更したハニカムフィルタを製造した。
また、積層部材の直径の変更に合せて、端部用積層部材の直径を、同様に、１２９．６ｍｍ（比較例１）、１３５ｍｍ（比較例２）と変更した。
（比較例３、４）
基本的には、実施例４と同様の工程を行い、ハニカム構造体の直径に応じてＮｉ−Ｃｒ−Ｗ系合金製３次元網目状金属多孔体の直径を調整し、表１に示した形状のハニカム構造体を製造した。
なお、比較例３、４では、積層部材の直径を変更しつつ、レーザー加工でセルを形成する位置を実施例４と同様にすることにより、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離を変更したハニカムフィルタを製造した。
また、積層部材の直径の変更に合せて、端部用積層部材の直径を、同様に、１２９．６ｍｍ（比較例３）、１３５ｍｍ（比較例４）と変更した。
基本的には、実施例４と同様の工程を行い、ハニカム構造体の直径に応じてＮｉ−Ｃｒ−Ｗ系合金製３次元網目状金属多孔体の直径を調整し、表１に示した形状のハニカム構造体を製造した。
なお、比較例３、４では、積層部材の直径を変更しつつ、レーザー加工でセルを形成する位置を実施例４と同様にすることにより、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離を変更したハニカムフィルタを製造した。
また、積層部材の直径の変更に合せて、端部用積層部材の直径を、同様に、１２９．６ｍｍ（比較例３）、１３５ｍｍ（比較例４）と変更した。
（比較例５）
無機繊維積層部材の積層枚数を１２０枚とした以外は、比較例２と同様にして、長さ１００ｍｍのハニカムフィルタを製造した。
無機繊維積層部材の積層枚数を１２０枚とした以外は、比較例２と同様にして、長さ１００ｍｍのハニカムフィルタを製造した。
下記の表１には、各実施例、比較例に係るハニカム構造体の径、長さ、及び、最外周のセルと金属ケースの内面との距離を記載している。
（評価）
（１）初期捕集効率の測定
図４に示したような捕集効率測定装置１７０を用いて測定した。図４は、捕集効率測定装置の説明図である。
この捕集効率測定装置１７０では、２Ｌのコモンレール式ディーゼルエンジン１７６と、ハニカムフィルタ２０に接続されエンジン１７６からの排ガスを流通する排ガス管１７７と、金属ケーシング１７１内にハニカム構造体１０が収納されたハニカムフィルタ２０と、ハニカム構造体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１７８と、ハニカム構造体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１７９と、サンプラー１７８、１７９によりサンプリングされた排ガスを希釈する希釈器１８０と、希釈された排ガスに含まれるパティキュレートの量を測定するＰＭカウンタ１８１（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。
（１）初期捕集効率の測定
図４に示したような捕集効率測定装置１７０を用いて測定した。図４は、捕集効率測定装置の説明図である。
この捕集効率測定装置１７０では、２Ｌのコモンレール式ディーゼルエンジン１７６と、ハニカムフィルタ２０に接続されエンジン１７６からの排ガスを流通する排ガス管１７７と、金属ケーシング１７１内にハニカム構造体１０が収納されたハニカムフィルタ２０と、ハニカム構造体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１７８と、ハニカム構造体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１７９と、サンプラー１７８、１７９によりサンプリングされた排ガスを希釈する希釈器１８０と、希釈された排ガスに含まれるパティキュレートの量を測定するＰＭカウンタ１８１（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。回転数が２０００ｍｉｎ−１、トルクが４７Ｎｍとなるようにエンジン１７６を運転し、エンジン１７６からの排ガスをハニカム構造体１０に流通させた。このとき、ハニカム構造体１０を流通する前のＰＭ量Ｐ０と、ハニカム構造体１０を通過した後の排ガス量Ｐ１とをＰＭカウンタ１８１を用いて、ＰＭ粒子数から把握した。そして、下記計算式（１）を用いて捕集効率を算出した。
捕集効率（％）＝（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０×１００・・・（１）
結果は、表１に示した通りである。
捕集効率（％）＝（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０×１００・・・（１）
結果は、表１に示した通りである。
（２）最外壁の破損の有無
圧力損失測定後、ハニカム構造体を取り外し、最外周のセルの外側の部分に、クラックや割れ等の破損が発生しているか否かを目視により観察した。
結果は、表１に示した通りである。
圧力損失測定後、ハニカム構造体を取り外し、最外周のセルの外側の部分に、クラックや割れ等の破損が発生しているか否かを目視により観察した。
結果は、表１に示した通りである。
表１に示したように、実施例に係るハニカムフィルタでは、ハニカムフィルタを大型化することなく、捕集効率が８０％を超え、優れた捕集効率を有していたのに対し、比較例に係るハニカム構造体では捕集効率が８０％以下と低かった。
また、比較例１、４に係るハニカムフィルタでは、最外壁に破損が観察された。これは、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離が短すぎ、強度が不充分であるためと考えられる。
また、比較例１、４のハニカムフィルタにおいて捕集効率が低いのは、最外壁が破損したためであると考えられる。
また、比較例１、４に係るハニカムフィルタでは、最外壁に破損が観察された。これは、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離が短すぎ、強度が不充分であるためと考えられる。
また、比較例１、４のハニカムフィルタにおいて捕集効率が低いのは、最外壁が破損したためであると考えられる。
１００ ハニカムフィルタ
１１０ ハニカム構造体
１１０ａ 積層部材
１１０ｂ 端部用積層部材
１１３ セル壁
１１１ セル
１１０ ハニカム構造体
１１０ａ 積層部材
１１０ｂ 端部用積層部材
１１３ セル壁
１１１ セル
しかしながら、ハニカム構造体の外周にマット状物を介在させた場合には、マット状物が断熱性を有すること、及び、マット状物の厚さにより金属ケーシングの内周面とハニカム構造体の最外周のセルとの距離が大きくなることにより、排ガスが通過する際にハニカム構造体に伝わった熱が、金属ケーシングを通して外部に逃げにくくなる。
また、マット状物の有無に関わらず、ハニカム構造体の最外周のセルと金属ケーシングとの距離が大きい場合も、排ガスが通過する際にハニカム構造体に伝わった熱が、金属ケーシングを通して外部に逃げにくくなる。
そして、このような場合には、ハニカム構造体内の径方向の温度勾配が小さく、排ガスはその流線に沿ってハニカム構造体の中心部分に流れ易い傾向にある。
また、マット状物の有無に関わらず、ハニカム構造体の最外周のセルと金属ケーシングとの距離が大きい場合も、排ガスが通過する際にハニカム構造体に伝わった熱が、金属ケーシングを通して外部に逃げにくくなる。
そして、このような場合には、ハニカム構造体内の径方向の温度勾配が小さく、排ガスはその流線に沿ってハニカム構造体の中心部分に流れ易い傾向にある。
表１に示したように、実施例に係るハニカムフィルタでは、ハニカムフィルタを大型化することなく、捕集効率が８０％を超え、優れた捕集効率を有していたのに対し、比較例に係るハニカムフィルタでは捕集効率が８０％以下と低かった。
また、比較例１、４に係るハニカムフィルタでは、最外壁に破損が観察された。これは、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離が短すぎ、強度が不充分であるためと考えられる。
また、比較例１、４のハニカムフィルタにおいて捕集効率が低いのは、最外壁が破損したためであると考えられる。
また、比較例１、４に係るハニカムフィルタでは、最外壁に破損が観察された。これは、最外周のセルと金属ケーシングの内面との最短距離が短すぎ、強度が不充分であるためと考えられる。
また、比較例１、４のハニカムフィルタにおいて捕集効率が低いのは、最外壁が破損したためであると考えられる。
Claims (7)
- 複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造体と、前記ハニカム構造体の外周側面を覆う筒状の金属ケーシングとからなるハニカムフィルタであって、
前記複数のセルのうち、最外周を構成するセルと、前記金属ケーシングの内面との最短距離が１〜３ｍｍであることを特徴とするハニカムフィルタ。 - 前記ハニカム構造体の気孔率は、７０％以上であり、
前記セルの一方の端部が封止されている請求項１に記載のハニカムフィルタ。 - 前記ハニカム構造体は、セルが重なり合うように、長手方向に複数の積層部材が積層されてなる請求項１又は２に記載のハニカムフィルタ。
- 前記積層部材は、主に無機繊維からなるものである請求項３に記載のハニカムフィルタ。
- 前記積層部材は、主に金属からなるものである請求項３に記載のハニカムフィルタ。
- 前記積層部材の両端には、さらに、金属からなる端部用積層部材が積層されている請求項３〜５のいずれか１に記載のハニカムフィルタ。
- 前記ハニカム構造体の少なくとも一部に、触媒が担持されてなる請求項１〜６のいずれか１に記載のハニカムフィルタ。
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