JP2006334459A - セラミックハニカムフィルタ - Google Patents
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Abstract
【課題】 排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス温度の低い状態が続き、排気ガス流入側目封止部４５の流入側端面４５ａにＰＭが多量に堆積した場合に、排気ガス流入側目封止部４５の流入側端面４５ａに燃え残りのＰＭが残留して、圧力損失が上昇するのを防止し、長期に亘り安定して使用できるセラミックハニカムフィルタを得る。
【解決手段】 多孔質セラミックハニカム構造体の所望の流路を目封止することによりハニカム構造体の隔壁に排気ガスを通過させる構造を有し、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面から離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隔壁の気孔率が５０〜８０％、前記排気ガス流入側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率より小さい。
【選択図】 図１
【解決手段】 多孔質セラミックハニカム構造体の所望の流路を目封止することによりハニカム構造体の隔壁に排気ガスを通過させる構造を有し、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面から離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隔壁の気孔率が５０〜８０％、前記排気ガス流入側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率より小さい。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を含む排気ガスを浄化するのに使用されるセラミックハニカムフィルタに関する。
ディーゼルエンジンの排気ガス中には炭素質からなる煤と、高沸点炭化水素成分からなるＳＯＦ分（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）とを主成分とするＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）が含まれており、これが大気中に放出されると、人体や環境に悪影響を与える。このため、ディーゼルエンジンの排気管の途中に、ＰＭを捕集するためのフィルタを装着することが従来から行われている。図３は、自動車の排気ガス中のＰＭを捕集、浄化する、従来のハニカムフィルタの一例を示し、（ａ）は正面模式図、（ｂ）は側断面模式図である。図３（ａ）（ｂ）において、ハニカムフィルタ３０は、多孔質セラミックからなり、外周壁１と、この外周壁１の内側に各々直交する隔壁２で仕切られた多数の流路３、４を有するハニカム構造体の流路が、排気ガスの流入側端面７と流出側端面８で交互に封止部５、６で封止されている。また、ハニカム構造体の外周壁１は、金属メッシュあるいはセラミックス製のマットなどで形成された把持部材（図示せず）で使用中に動かないように把持され、金属製収納容器（図示せず）内に配置されている。
図３に示すハニカムフィルタ３０において、排気ガスの浄化は以下の通り行われる。排気ガス（点線矢印で示す）は、流入側端面７に開口している流路３から流入する。そして、排気ガス中に含まれるＰＭは、隔壁２を通過する際に捕集され、浄化された排気ガスは、流出側端面８に開口している流路４から流出、大気中に放出される。一方、隔壁２に捕集されたＰＭが多くなると、隔壁が目詰まりしてしまい圧力損失が増加してしまうので、圧力損失が増加する前に、ＰＭを燃焼除去してハニカムフィルタを再生する必要がある。しかし、通常のディーゼルエンジンの運転状態では、ＰＭが燃焼するほどの高い排気ガス温度が得られることが少ないため、例えば高比表面積材料であるアルミナに白金族金属や酸化セリウムなどの希土類酸化物を担持した酸化触媒を一体的に担持させた触媒担持型のハニカムフィルタの実用化が進められている。このような触媒担持型のハニカムフィルタを採用すれば、捕集されたＰＭの燃焼反応が触媒により促進されて、ＰＭを燃焼、除去することが可能となる。
ところで、このような触媒担持型のハニカムフィルタを採用したとしても、排気ガス温度の低い運転状態が続くような、渋滞の市街地を走行するような場合には、触媒が活性とならずＰＭの燃焼除去が良好に行わない不具合が発生するため、特許文献１に記載の発明では、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて、触媒物質を担持させたフィルタ上へのＰＭの堆積量を推定した上で、フィルタの上流側に燃料を未燃のまま噴射して、前記触媒物質上で、燃料の酸化反応を促し、その反応熱によりフィルタの内部温度を前記触媒物質の活性下限温度以上に維持することによって、堆積したＰＭを燃焼させる排気浄化方法が開示されている。しかしながら、このような燃料添加によるフィルタの強制再生を行うに際し、触媒物質における燃料の酸化反応は、下流側へ向かうにつれて触媒物質との接触頻度が増すことにより活性化してくるので、このフィルタでの温度分布は、排気ガス温度とほぼ等しい流入側端面の温度から下流側に向かうにつれ反応熱により徐々に上昇し、フィルタの流入側端面は常に触媒物質の活性度は低い状態にある。このため、排気ガス温度が低い運転状態が継続した場合、触媒物質の活性度が低くなっているフィルタ流入側端面７、特に排気ガス流入側目封止部５の排気ガス流入側端面に、ＰＭが付着し易くなり、ここに付着したＰＭの堆積量が多くなることによりフィルタの流入側流路３の流入側端部が閉塞して、圧力損失が上昇する虞があった。
このため、本出願人らは、特許文献２において、触媒担持型ハニカムフィルタの排気ガス流入側端部、特に排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面に、ＰＭが堆積して圧力損失が上昇するのを防ぐ目的で、図４に示すような、多孔質セラミックハニカム構造体の隔壁及び／または目封止部の少なくとも一部に触媒物質が担持されているとともに、少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部４５が排気ガス流入側端面４７より離れて配置されていることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ４０及び排気ガス浄化方法を開示している。このような構成のセラミックハニカムフィルタによれば、内燃機関運転中にセラミックハニカムフィルタ上へのＰＭの堆積量がある一定値以上になった際に、セラミックハニカムフィルタの温度を上昇させる目的で行うフィルタ上流への未燃の燃料及び／又は炭化水素ガス噴射時において、ＰＭが付着、堆積しやすい流入側目封止部４５の流入側端面４５ａがセラミックハニカムフィルタ内の温度の高い部位に配置されることから、当該部位に担持された触媒物質の活性度が高められるため、流入側目封止部端面４５ａでの微粒子の燃焼が容易に行われ、流入側目封止部端面４５ａへのＰＭ堆積により発生する流路の閉塞を防ぐことができる。このため、長期に亘り安定して圧力損失の増加の少ないセラミックハニカムフィルタが得られる。
しかしながら、本発明者らが提案した、多孔質セラミックハニカム構造体の隔壁及び／または目封止部の少なくとも一部に触媒物質が担持されているとともに、排気ガス流入側目封止部４５が排気ガス流入側端面４７より離れて配置されていることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ４０では、排気ガス温度の低い状態が続き、排気ガス流入側目封止部４５の流入側端面４５ａにＰＭが多量に堆積した場合は、フィルタ上流へ未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスを噴射によるフィルタの強制再生を行ったとしても、フィルタでの温度分布は、排気ガス温度とほぼ等しい流入側端面の温度から下流側に向かうにつれ反応熱により徐々に上昇することになるので、排気ガス流入側目封止部４５より上流側の隔壁４２ｕや排気ガス流入側目封止部４５の触媒活性が不十分のため、燃え残ったＰＭが流入側端面４５ａに残留し、セラミックハニカムフィルタの圧力損失が上昇するという問題につながる場合もあった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面から離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス温度の低い状態が続き、排気ガス流入側目封止部４５の流入側端面４５ａにＰＭが多量に堆積した場合に、排気ガス流入側目封止部４５の流入側端面４５ａに燃え残りのＰＭが残留して、圧力損失が上昇するのを防止し、長期に亘り安定して使用できるセラミックハニカムフィルタを提供することにある。
本発明者らは、排気ガス流入側目封止部４５が排気ガス流入側端面４７より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタ４０において発生する上記問題に対して、鋭意検討を行い、本発明に想到した。
本発明のセラミックハニカムフィルタは、多孔質セラミックハニカム構造体の所望の流路を目封止することによりハニカム構造体の隔壁に排気ガスを通過させる構造を有し、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面から離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隔壁の気孔率が５０〜８０％、前記排気ガス流入側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率より小さいことを特徴とする。
本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記排気ガス流入側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率の０．５〜０．９倍であることが好ましい。
本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流出側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率より大きいことが好ましい。また、前記排気ガス流出側目封止部の気孔率が９０％以下であり、かつ前記隔壁の気孔率の１．１〜１．５倍であることが好ましい。
（作用効果）
本発明のセラミックハニカムフィルタ１０の作用効果について、図１の模式断面図を用いて説明する。本発明のセラミックハニカムフィルタ１０は、多孔質セラミックハニカム構造体の所望の流路を目封止することによりハニカム構造体の隔壁に排気ガスを通過させる構造を有し、排気ガス流入側目封止部１５が排気ガス流入側端面１７から離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隔壁の気孔率が５０〜８０％、前記排気ガス流入側目封止部１５の気孔率を前記隔壁の気孔率より小さくしている。
本発明のセラミックハニカムフィルタ１０の作用効果について、図１の模式断面図を用いて説明する。本発明のセラミックハニカムフィルタ１０は、多孔質セラミックハニカム構造体の所望の流路を目封止することによりハニカム構造体の隔壁に排気ガスを通過させる構造を有し、排気ガス流入側目封止部１５が排気ガス流入側端面１７から離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隔壁の気孔率が５０〜８０％、前記排気ガス流入側目封止部１５の気孔率を前記隔壁の気孔率より小さくしている。
本発明のセラミックハニカムフィルタ１０は、流入側目封止部１５の気孔率を隔壁に比べて小さくしていることから、流入側目封止部１５の気孔率が隔壁と同じ、或いは隔壁に比べて大きい場合に比べて、排気ガスは流入側目封止部１５内を通過し難くなるため、排気ガス温度の低い運転状態が続いた場合であっても、流入側目封止部１５の流入側端面１５ａへのＰＭ堆積量を減少させることができる。フィルタ上流への未燃燃料及び／又は炭化水素ガス噴射によるフィルタの強制再生を行うに際し、触媒活性度が低い状態になりやすい流入側目封止部１５の流入側端面１５ａでのＰＭ堆積量が減少しているため、堆積したＰＭを良好に燃焼させることができ、燃え残ったＰＭによるセラミックハニカムフィルタ１０の圧力損失が上昇するのを防ぐことができる。ここで、前記隔壁の気孔率を５０〜８０％とするのは、隔壁の気孔率が５０％未満であると、ハニカムフィルタの圧力損失が上昇し、エンジンの出力低下につながるからであり、隔壁の気孔率が８０％を超えると、隔壁の強度が低下するため、使用時の熱衝撃や機械的振動により破損することがあるからであり、捕集効率も低下するからである。
本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記排気ガス流入側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率の０．５〜０．９倍であることが好ましいのは、排気ガス温度が低い状態が続いた場合であっても、流入側目封止部１５の流入側端面１５ａへのＰＭ堆積量を確実に減少させるのと共に、目封止部１５と隔壁間の耐熱衝撃強度を確保するためである。すなわち、前記排気ガス流入側目封止部１５の気孔率が前記隔壁の気孔率の０．５倍未満である場合、流入側目封止部と隔壁との気孔率の差が大きいため、両者の熱容量の違いが大きくなって、フィルタ上流への未燃燃料及び／又は炭化水素ガス噴射によるフィルタの強制再生を行う際の熱衝撃が加わった場合、両者の間にキレツが発生することもあるからである。また、前記排気ガス流入側目封止部１５の気孔率が前記隔壁の気孔率の０．９倍を越えると、排気ガス温度の低い状態が続いた場合の、流入側目封止部１５の流入側端面１５ａへのＰＭ堆積量を減少させる効果が小さく、セラミックハニカムフィルタの圧力損失上昇を低減する効果が小さい場合もあるからである。前記排気ガス流入側目封止部の気孔率のより好ましい範囲は、前記隔壁の気孔率の０．６〜０．８倍である。
本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流出側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率より大きいことが好ましいのは、排気ガス流出側封止部１６内を排気ガスが通過しやすくなるため、セラミックハニカムフィルタの圧力損失をより低減することができるからである。また、前記排気ガス流出側目封止部の気孔率が９０％以下であり、かつ前記隔壁の気孔率の１．１〜１．５倍であることが好ましいのは、排気ガス流出側封止部内を排気ガスが確実に通過しやすくなるためであり、セラミックハニカムフィルタの圧力損失をより低減することができるからである。前記排気ガス流出側目封止部の気孔率が９０％以下とするのは、気孔率が９０％を越えると、排気ガス流出側封止部自体の強度が小さくなって破損しやすくなることもあるからであり、前記排気ガス流出側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率の１．１倍未満であると、流出側目封止部１６での圧力損失低減効果が得られない場合もあるからであり、１．５倍を越えると排気ガス流出側封止部自体の強度が小さくなって破損しやすくなることもあるからである。前記排気ガス流入側目封止部の気孔率のより好ましい範囲は、前記隔壁の気孔率の１．２〜１．４倍である。
本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、図１に示すように排気ガス流入側目封止部１５すべてが、セラミックハニカムフィルタの排気ガス流入側端面１７から離れている必要はなく、本発明の効果が得られる程度に配置されていれば良い。具体的には少なくとも７０％以上の排気ガス流入側目封止部１５が、排気ガス流入側端面１７より離れていれば、ＰＭの排気ガス流入側端部への堆積による圧力損失上昇を防ぐ効果が大きくなる。より好ましくは９０％以上である。更に好ましくは９５％以上である。
また、本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側端面より離れて配置される排気ガス流入側目封止部１５の配置位置は、セラミックハニカムフィルタの所望の圧力損失やＰＭ捕集率が得られるように適宜選択すれば良いが、前記排気ガス流入側端面１５ａが、セラミックハニカムフィルタの排気ガス流入側端面１７から、該セラミックハニカムフィルタ全長の０．７倍以下の長さの区間に配置されていることが好ましい。排気ガス流入側端面１５ａの位置を、流入側端面１７から該セラミックハニカムフィルタ全長の０．７倍の長さの区間を越えて配置すると、セラミックハニカムフィルタの全体の長さには制約があるため、排気ガス流入側目封止部１５より流出側の隔壁１２ｄの面積が少なくなるため、セラミックハニカムフィルタ全体の圧力損失が上昇することもあるからである。また、ハニカムフィルタ上流に未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスを噴射した際の、排気ガス流入側目封止部１５より上流側の隔壁１２ｕでの触媒物質による温度上昇効果を確実なものとするためには、排気ガス流入側目封止部１５は流入側端面１７から３０ｍｍ以上に離れて配置されていることがさらに好ましい。また、更に好ましい流入側目封止部端面１５ａの配置区間は、セラミックハニカムフィルタ流入側端面１７から該セラミックハニカムフィルタ全長の０．２５〜０．４５倍の長さの区間である。
本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隔壁及び／または目封止部の少なくとも一部に触媒物質が担持されていることが好ましい。この理由は、内燃機関運転中にハニカムフィルタ上へのＰＭの堆積量がある一定値以上になった際のフィルタ上流への未燃の燃料及び／又は炭化水素ガス噴射時において、これら未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスの酸化反応を促進させ、この反応熱によって、セラミックハニカムフィルタの温度を上昇させることができるからである。更に、排気ガス温度の高い高速走行などの運転状態の場合、触媒物質の作用によりＰＭを連続的に燃焼させることができ、ＰＭ堆積による圧力損失の上昇を回避することができるからである。ここで前記ハニカムフィルタに担持される触媒物質は、白金族金属を含む酸化触媒や微粒子燃焼触媒であると好ましい。尚、白金族金属を含む酸化触媒は、たとえば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ又はその組合せ、白金族金属酸化物等が含まれるが、アルカリ土類金属酸化物や希土類酸化物等を含んでも良い。また、白金族金属を含む触媒物質には、公知のγアルミナ等の活性アルミナからなる高比表面積材料が含まれると、白金族金属等と排気ガスとの接触面積を大きくすることができ、排気ガスの浄化効率を高めることができることから好ましい。また、微粒子燃焼触媒としては、ベース金属触媒、典型的にはランタン、セシウム、バナジウム（Ｌａ／Ｃｓ／Ｖ2Ｏ3）類よりなる触媒物質であると好ましい。
次に本発明のセラミックハニカムフィルタの隔壁及び目封止部を構成する材料としては、本発明が主にディーゼルエンジンの排気ガス中の微粒子を除去するために使用されるため、耐熱性に優れた材料を使用することが好ましく、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、窒化アルミニウム及びＬＡＳからなる群から選ばれた少なくとも１種を主結晶とするセラミック材料を用いることが好ましい。中でも、コージェライトを主結晶とする材料は、安価で耐熱性、耐食性に優れ、また低熱膨張であることから最も好ましい。なお、隔壁を構成する材料と目封止部を構成する材料は異なっていても構わないが、同一であれば、目封止部と隔壁の熱膨張係数の違いによって発生する熱応力を低減できることから好ましい。
前記セラミックハニカムフィルタの隔壁の平均細孔径は１０〜４０μｍであることが好ましい。排気ガスが隔壁に形成された細孔を通過することから、平均細孔径が１０μｍ未満であると、ハニカムフィルタの圧力損失が上昇し、エンジンの出力低下につながるからであり、平均細孔径が４０μｍを越えると、隔壁の強度が低下するため、使用時の熱衝撃や機械的振動により破損することがあるからであり、捕集効率も低下するからである。
本発明に係るセラミックハニカムフィルタの隔壁の厚さは０．１〜０．５ｍｍが好ましく、隔壁のピッチは１．０〜３．０ｍｍが好ましい。隔壁厚が０．１ｍｍ未満では、隔壁が細孔を有する高気孔率の多孔質体であることからハニカム構造体の強度が低下し、好ましくない。一方、隔壁厚が０．５ｍｍを超えると、如何に隔壁が高気孔率であっても、排気ガスに対する隔壁の通気抵抗が大きくなるため、セラミックハニカムフィルタの圧力損失が大きくなるからである。より好ましい隔壁厚さは、０．２〜０．４ｍｍである。また、隔壁のピッチが１．３ｍｍ未満であると、ハニカム構造体の流路の開口面積が小さくなることから、セラミックハニカムフィルタの流路を排気ガスが出入りする際の圧力損失が大きくなるため、好ましくない。一方、隔壁のピッチが３．０ｍｍを超えると、セラミックハニカムフィルタの単位体積当たりの表面積が小さくなることから、圧力損失が大きくなることも有るからである。より好ましい隔壁のピッチは１．２〜２．０ｍｍである。
本発明のセラミックハニカムフィルタは、排気ガス流入側目封止部１５がセラミックハニカムフィルタ内の温度の高い部位に配置されれば微粒子の燃焼が容易に行われ、微粒子の堆積による圧力損失の上昇が起こりにくくなることを考慮すると、排気ガス流入側目封止部１５は、図２（１）に示すように排気ガス流入側目封止部端面１５ａが流入側端面１７から同一の位置に配置されなくても良く、また、図２（２）に示すように、排気ガス流入側目封止部１５及び流出側目封止部１６の長さは全て同一でなくても良い。また、本発明の効果が得られるのであれば、排気ガス流出側目封止部１６は、同一の長さでなくても良く、同一の位置に配置されなくても良い。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、多孔質セラミックハニカム構造体の所望の流路を目封止することによりハニカム構造体の隔壁に排気ガスを通過させる構造を有し、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面から離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隔壁の気孔率を５０〜８０％、前記排気ガス流入側目封止部の気孔率を前記隔壁の気孔率より小さくしていることから、排気ガスが流入側目封止部内を通過しにくく、排気ガス温度の低い運転状態が続いた場合であっても、流入側目封止部の流入側端面へのＰＭ堆積を減少させることができるため、フィルタ上流への未燃燃料及び／又は炭化水素ガス噴射によるフィルタの強制再生を行うに際し、触媒活性度が低い状態になりやすい流入側目封止部１５の流入側端面１５ａであっても、堆積したＰＭを良好に燃焼させることができ、燃え残ったＰＭによるセラミックハニカムフィルタの圧力損失の上昇を防ぐという効果が得られる。
本発明の、多孔質セラミックハニカム構造体の所望の流路を目封止することによりハニカム構造体の隔壁に排気ガスを通過させる構造を有し、流入側目封止部１５がセラミックハニカムフィルタの排気ガス流入側端面１７から離れて配置されており、前記隔壁の気孔率が５０〜８０％、前記排気ガス流入側目封止部１５の気孔率が前記隔壁の気孔率より小さいセラミックハニカムフィルタ１０の製造方法一例を図５を用いて説明する。セラミックス原料粉末に、バインダーなどの成形助剤と造孔剤を添加し、規定量の水を注入してさらに十分な混合を行い、押出成形可能な坏土を調整し、押出成形用金型を用いて押出成形し、外周壁と、この外周壁の内周側で隔壁により囲まれた断面が四角形状の流路を有するハニカム構造を有する成形体を作製し、乾燥した。その後、焼成を行い、外径２６７ｍｍ、全長Ｌ３００ｍｍ、隔壁の厚さ０．３ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍ、隔壁の気孔率５０〜８０％の多孔質セラミックハニカム構造体を準備する（図５（１））。このとき、気孔率５０〜８０％が得られるよう、セラミックス原料粉末の粒径や造孔剤の添加量を適宜調整する。その後、このハニカム構造体１１の流路１４内の所定位置に、流路幅より小さい外径を有する管状部材６１を挿入し、この管状部材からセラミック原料粉末、バインダー、水、必要に応じて分散材等の助剤等からなる流入側目封止部用の目封止材スラリーを流路内に所定量注入する（図５（２））。注入された目封止材スラリー中の水が多孔質隔壁中に毛細管現象で吸水されることにより、目封止材スラリーは固化して、排気ガス流入側端面から離れた位置に排気ガス流入側目封止部１５を形成する（図５（３））。このとき、流入側封止部１５の流路方向長さは注入量を調整することにより調整することができる。次いで、排気ガス流出側端面に樹脂製フィルム６５を貼り付け、排気ガス流入側目封止部１５を形成していない流路１３のフィルムをレーザ光などにより穿孔して、開口し（図５（４））、セラミック原料粉末、バインダー、造孔剤、水、必要に応じて分散材等の助剤等からなる流出側目封止部用の目封止材スラリーを開口部から浸入させて（図５（５））、排気ガス流出側目封止部１６を形成した後、フィルム６５を剥がして乾燥、焼成を行い、目封止部と隔壁を一体化させてセラミックハニカムフィルタ１０を得る。
ここで、排気ガス流入側目封止部１５の気孔率を隔壁の気孔率より小さくするには、排気ガス流入側目封止部１５を形成するため目封止材スラリ−を作成する際に、造孔剤を添加しない、或いは造孔剤の添加量を、隔壁を形成するための坏土より少なくする等の方法により得ることができる。また、排気ガス流出側目封止部１６の気孔率を隔壁の気孔率より大きくするには、排気ガス流出側目封止部１６を形成するため目封止材スラリ−を作成する際に、造孔剤の添加量を、隔壁を形成するための坏土より多くする等の方法により得ることができる。
以下、発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施例）
（実施例）
図１は本発明の実施例１に係るハニカムフィルタの断面模式図である。図１のセラミックハニカムフィルタ１０は、外周壁の内側に隔壁で仕切られた多数の四角形の流路を有し、この流路は流入側目封止部１５、及び流出側目封止部１６で目封止されており、流入側目封止部１５は流入側端面１７から離れた流路内に配置され、隔壁の気孔率は５０〜８０％、流入側目封止部１５の気孔率は隔壁の気孔率より小さくなるように形成されている。
本実施例におけるセラミックハニカムフィルタは、以下の製造工程で製造した。カオリン、タルク、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウムの粉末を調整して、質量比で、ＳｉＯ2：４８〜５２％、Ａｌ2Ｏ3：３３〜３７％、ＭｇＯ：１２〜１５％を含むコーディエライト生成原料粉末とする。本実施例ではＳｉＯ2：５０％、Ａｌ2Ｏ3：３５％、ＭｇＯ：１５％に調整した。これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のバインダー、潤滑材、造孔剤として有機発泡剤を添加し、乾式で十分混練した後、規定量の水を添加、十分な混練を行って可塑化したセラミック坏土を作成した。次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断して、ハニカム構造を有する成形体とした。次にこの成形体を、乾燥、焼成し、隔壁の厚さ０．３ｍｍ、気孔率６５％、平均細孔径２０μｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍ、外径が２６７ｍｍ、全長が３０５ｍｍのコーディエライト質セラミックハニカム構造体を得た。
本実施例におけるセラミックハニカムフィルタは、以下の製造工程で製造した。カオリン、タルク、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウムの粉末を調整して、質量比で、ＳｉＯ2：４８〜５２％、Ａｌ2Ｏ3：３３〜３７％、ＭｇＯ：１２〜１５％を含むコーディエライト生成原料粉末とする。本実施例ではＳｉＯ2：５０％、Ａｌ2Ｏ3：３５％、ＭｇＯ：１５％に調整した。これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のバインダー、潤滑材、造孔剤として有機発泡剤を添加し、乾式で十分混練した後、規定量の水を添加、十分な混練を行って可塑化したセラミック坏土を作成した。次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断して、ハニカム構造を有する成形体とした。次にこの成形体を、乾燥、焼成し、隔壁の厚さ０．３ｍｍ、気孔率６５％、平均細孔径２０μｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍ、外径が２６７ｍｍ、全長が３０５ｍｍのコーディエライト質セラミックハニカム構造体を得た。
次に、図５（２）に示すように、目封止材スラリー保管タンク（図示せず）から流入側目封止部用の目封止材スラリーを管状部材６１に供給するチューブ６３、バルブ６４から構成される目封止材スラリー料供給装置に、セラミックハニカム構造体１１を流路方向が略重力方向に一致するように載置した。目封止材料の供給に使用する管状部材６１は、ステンレス鋼製で外径φ１．１ｍｍ、内径φ０．８ｍｍの断面円形のものを用いた。また、目封止材スラリーは、セラミック原料粉末として、タルク、カオリン、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウムのコーディエライト化原料粉末Ａを、質量比で、ＳｉＯ2：５０％、Ａｌ2Ｏ3：３５％、ＭｇＯ：１５％となるよう調整して用い、セラミック原料粉末に対し、有機発泡剤、メチルセルロースを加えて、乾式混合した後、イオン交換水、分散剤としてポリカルボン酸系界面活性剤を加えて湿式混合して作製した。ここで、流入側目封止部の気孔率が表１に示すものが得られるよう、有機発泡剤の添加量を調整して（添加量０含む）、試験ＮＯ.１〜６用の目封止材スラリーに調整した。
次に、管状部材６１を目封止する流路内へ、セラミックハニカム構造体１１の端面１７から１２０ｍｍの位置に挿入し、所定量の目封止材スラリーを管状部材から注入し、目封止スラリー中の水を多孔質隔壁中に吸水させることにより、目封止材を固化させた。その他の流路についても同様に、目封止を行った後、乾燥を行った。その後、排気ガス流出側端面に樹脂製フィルム６５を貼り付け、所定の流路に相当する箇所を穿孔して、排気ガス流出側端面１８からコーディエライト化原料及び有機発泡剤からなる目封止材スラリーを流入させて排気ガス流出側目封止部を形成した。その後、大気中で１４００℃に加熱して、目封止材の焼成を行うと共に、目封止部と隔壁を一体化させて、試験ＮＯ．１〜６のセラミックハニカムフィルタを作製した。
試験ＮＯ．１〜６のセラミックハニカムフィルタに対して、Ｐｔ、酸化セリウム、及び活性アルミナからなる触媒物質を隔壁表面及び隔壁中の細孔内部、更には目封止部表面及び目封止部中の細孔内部に担持させた。担持量はＰｔ量で２ｇ／Ｌ（ハニカムフィルタ容積１Ｌに対して２ｇ担持の意味）とした。
上記のように作製した試験ＮＯ．１〜６のセラミックハニカムフィルタを圧力損失試験装置（図示せず）に設置し、空気流量７．５Ｎｍ3／ｍｉｎの条件で空気を流入し、流入側端面と流出側端面の差圧を測定し、各セラミックハニカムフィルタの初期圧力損失を評価した。更に、試験ＮＯ．１〜６のセラミックハニカムフィルタを、ディーゼルエンジンの排気管に配置し、市街地走行を模したパターン走行条件で耐久試験を行った。この際、排気ガス温度が触媒物質の活性下限温度を下まわるような運転状態が続くような場合を発生させ、ＰＭがフィルタ上に多量に堆積するような条件を作り出した上で、この運転状態に応じて、触媒物質を担持させたセラミックハニカムフィルタ上へのＰＭの堆積量を推定し、堆積量が一定値以上なったと判断された時点で、フィルタの上流側に燃料を未燃のまま噴射して、フィルタの強制再生を繰り返す耐久試験を行った。その後、耐久試験後のハニカムフィルタの圧力損失を初期圧力損失と同様に測定し、初期圧力損失と比較して、圧力損失比：(試験後の圧力損失)／（初期圧力損失）を算出し、表１に示した。
また試験ＮＯ．１〜６のセラミックハニカムフィルタを排気系部品試験装置（図示せず）に設置し、セラミックハニカムフィルタの上流側に配置されたＬＰＧを燃料とするバーナーによりフィルタ温度を６００℃まで急加熱した後、室温まで急冷する繰り返し熱衝撃を１０回加えた後、セラミックハニカムフィルタを取り出し、流入側封止部の存在する部位で、流路に垂直方向に切断して、流入側封止部と、隔壁の境界におけるキレツの発生状況を確認し、キレツが全く認められなかったものを（◎）、軽微なキレツが認められたが実用上問題ないものを（○）、キレツ発生により流入側封止部の脱落が認められたものを（×）として表１に記載した。
本発明の実施例である、試験ＮＯ．１〜４のセラミックハニカムフィルタは、流入側目封止部の気孔率が隔壁の気孔率より小さいことから、圧力損失比は１．０１〜１．０７の範囲であった、これに対し、比較例である、試験ＮＯ．５及び６のセラミックハニカムフィルタは、流入側目封止部の気孔率が隔壁と同じ或いは隔壁より大きいことから、圧力損失比は１．１５〜１．２１で、試験ＮＯ．１〜４より大きくなった。一方、耐熱衝撃性は、いずれも判定は（○）又は（◎）であったが、試験ＮＯ．１のセラミックハニカムフィルタは、流入側目封止の気孔率が隔壁の気孔率の０．５未満であることから判定が（○）であった。
以上説明してきたように、本発明のセラミックハニカムフィルタは、ディーゼル機関から排出される排気ガス中のＰＭを多孔質隔壁で捕集、浄化する構造のセラミックハニカムフィルタに好適に用いることができる。
１：外周壁
２：隔壁
３、４：流路
５：排気ガス流入側目封止部
６：排気ガス流出側目封止部
７：排気ガス流入側端面
８：排気ガス流出側端面
１０：本発明のセラミックハニカムフィルタ
１１：セラミックハニカム構造体
１２ｕ：排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁
１２ｄ：排気ガス流入側目封止部より下流側の隔壁
１５：排気ガス流入側目封止部
１５ａ：排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面
１６：排気ガス流出側目封止部
１７：排気ガス流入側端面
１８：排気ガス流出側端面
３０：セラミックハニカムフィルタ
４０：少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタ
４５：排気ガス流入側目封止部
４２ｕ：排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁
４２ｄ：排気ガス流入側目封止部より下流側の隔壁
４５ａ：排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面
４６：排気ガス流出側目封止部
４７：排気ガス流入側端面
４８：排気ガス流出側端面
６１：管状部材
６３：チューブ
６４：バルブ
６５：樹脂製フィルム
２：隔壁
３、４：流路
５：排気ガス流入側目封止部
６：排気ガス流出側目封止部
７：排気ガス流入側端面
８：排気ガス流出側端面
１０：本発明のセラミックハニカムフィルタ
１１：セラミックハニカム構造体
１２ｕ：排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁
１２ｄ：排気ガス流入側目封止部より下流側の隔壁
１５：排気ガス流入側目封止部
１５ａ：排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面
１６：排気ガス流出側目封止部
１７：排気ガス流入側端面
１８：排気ガス流出側端面
３０：セラミックハニカムフィルタ
４０：少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタ
４５：排気ガス流入側目封止部
４２ｕ：排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁
４２ｄ：排気ガス流入側目封止部より下流側の隔壁
４５ａ：排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面
４６：排気ガス流出側目封止部
４７：排気ガス流入側端面
４８：排気ガス流出側端面
６１：管状部材
６３：チューブ
６４：バルブ
６５：樹脂製フィルム
Claims (4)
- 多孔質セラミックハニカム構造体の所望の流路を目封止することによりハニカム構造体の隔壁に排気ガスを通過させる構造を有し、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面から離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隔壁の気孔率が５０〜８０％、前記排気ガス流入側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率より小さいことを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
- 前記排気ガス流入側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率の０．５〜０．９倍であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックハニカムフィルタ。
- 排気ガス流出側目封止部の気孔率が前記隔壁の気孔率より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミックハニカムフィルタ。
- 前記排気ガス流出側目封止部の気孔率が９０％以下であり、かつ前記隔壁の気孔率の１．１〜１．５倍であることを特徴とする請求項３に記載のセラミックハニカムフィルタ。
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