WO2012137655A1 - セラミックハニカムフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

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honeycomb filter
ceramic
cell
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岡崎　俊二
航 曽我
順二 小松
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日立金属株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic honeycomb filter used for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine and a method for manufacturing the same.
  • the ceramic honeycomb filter 50 includes, for example, a ceramic honeycomb structure having a large number of cells partitioned by a porous partition wall 51, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), and an exhaust gas of the cells. It consists of plugging portions (inflow side plugging portion 53a and outflow side plugging portion 53b) provided alternately at the inflow side end portion a or the exhaust gas outflow side end portion b.
  • the exhaust gas flows into the outflow side end plugged cell 52a in which the inflow side end a of the ceramic honeycomb filter is opened, as shown by dotted arrows in FIGS. 11 (a) and 11 (b), and is porous. It passes through the quality partition wall 51 and is discharged from the adjacent inflow end plugged cell 52b. When the exhaust gas passes through the partition wall 51, PM in the exhaust gas is collected by the partition wall, and the exhaust gas is purified.
  • a ceramic honeycomb filter of the type that collects PM with a structure as described in JP-A-2001-269585 has all the cells plugged at either end, so that the exhaust gas As purification progressed, there was a problem that the pressure loss when exhaust gas passed increased.
  • the collected PM accumulates in the filter and the filter performance deteriorates. Therefore, the accumulated PM is burned and removed by heating the filter, etc. Need to regenerate. However, if the filter is regenerated in a state where a large amount of PM is collected, depending on the driving conditions of the vehicle, a large amount of PM burns and heat generation increases, and the partition walls of the ceramic honeycomb structure may melt. . In addition, even if the collected PM is burned, solid ash (ash) is gradually accumulated without disappearing, and the filter is easily clogged.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-251137 discloses a honeycomb having a large number of cells penetrating in the axial direction partitioned by porous partition walls 61 as shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b).
  • a ceramic honeycomb filter 60 having a plugged portion 63b only at one end b of a part of cells 62a is disclosed, and the opening of the cell 62a in which the plugged portion 63b is formed is disclosed.
  • the object of the present invention is to maintain the PM collection performance, suppress the pressure loss when the exhaust gas passes through, hardly melt even if the filter is regenerated, and hardly cause clogging due to ash.
  • the object is to obtain a ceramic honeycomb filter with a small increase in loss.
  • the present inventors have found that in a conventional ceramic honeycomb filter, the pressure loss when exhaust gas passes increases, and ash (ash) accumulates to clog the filter. It is determined that the cause of this is the presence of the plugging portions formed at the outflow side end and the inflow side end, and further connecting a plurality of ceramic honeycomb structures, The inventors have found that a ceramic honeycomb filter having high PM collection performance and low pressure loss when exhaust gas passes can be obtained without forming a plugged portion at the end, and the present invention has been conceived. did.
  • the ceramic honeycomb filter of the present invention for removing fine particles in the exhaust gas is obtained by joining a plurality of ceramic honeycomb structures having a large number of cells partitioned by porous partition walls. Connected in the axial direction, Each of the ceramic honeycomb structures is joined such that at least a part of partition walls of at least one set of adjacent ceramic honeycomb structures are displaced from each other.
  • the opening area of one cell in the cross section perpendicular to the axial direction of the ceramic honeycomb structure on the upstream side in the exhaust gas flow direction of the adjacent ceramic honeycomb structure is A 01
  • the upstream of the partition walls of the downstream ceramic honeycomb structure When the opening area of the one cell after being reduced by being narrowed by the side end face is A 02 ,
  • the partition wall end face roughness (maximum height Rz) of the downstream ceramic honeycomb structure is 15 ⁇ m or more
  • the partition wall surface roughness (maximum height Rz) is 15 ⁇ m or more.
  • the absolute value of the difference between the opening area ratio (A 0 ) of one arbitrary cell and the opening area ratio (A 1 , A 2 , A 3 , A 4 ...) Of each cell adjacent to the arbitrary one cell. when the maximum value was defined as .DELTA.A max, the maximum value of .DELTA.A max of each cell in any consecutive five cells ⁇ 5 columns ( 25 cells) preferably less than 1 0.1 or more.
  • the adjacent ceramic honeycomb structures are joined while being displaced in the thickness direction of the partition walls, and the displacement width is 0.1 to 0.5 times the partition wall pitch.
  • the adjacent ceramic honeycomb structures are joined while being shifted in the rotational direction around their axes, and the angle formed by the partition walls of one ceramic honeycomb structure and the partition walls of the other ceramic honeycomb structure is: It is preferably in the range of 35 to 55 °.
  • the ceramic honeycomb filter is preferably composed of 2 to 15 ceramic honeycomb structures.
  • the cross section in the axial direction of the cell has a quadrangular shape having arcuate corners, and the curvature radius of one opposing corner is larger than the curvature radius of the other opposing corner.
  • the end faces of the adjacent ceramic honeycomb structures are joined with an interval of 0.01 to 3 mm.
  • the opening ratio of the plurality of ceramic honeycomb structures is preferably 75% or less.
  • the opening ratio of the at least one set of adjacent ceramic honeycomb structures may be different from each other.
  • each ceramic honeycomb structure in the cross-section parallel to the axial direction, (a) adjacent partition walls are substantially parallel, and (b) the number of cells having a part or end opening on the outer peripheral surface.
  • the number of ceramic honeycomb structures is preferably 1 to 5 per 300 mm.
  • the method of the present invention for manufacturing a ceramic honeycomb filter connected in the axial direction by joining a plurality of ceramic honeycomb structures is a method in which a ceramic clay is extruded into a honeycomb shape, cut into a predetermined length, and dried.
  • the plurality of ceramic honeycomb dried bodies are placed with their partition walls shifted from each other on the end face, and the plurality of ceramic honeycomb dried bodies placed above are fired.
  • a coating material is integrally applied to the outer peripheral portions of the plurality of ceramic honeycomb structures.
  • the ceramic clay is extruded into a honeycomb shape, cut into a predetermined length, and dried.
  • a plurality of ceramic honeycomb dried bodies are placed with their partition walls being shifted at their end faces, and a coating material is integrally applied to the outer peripheral portion of the plurality of ceramic honeycomb dried bodies placed above and fired. To do.
  • the plurality of ceramic honeycomb structures are mounted on the end surfaces thereof with the partition walls being shifted, and the coating material is integrally applied to the outer peripheral portion of the plurality of ceramic honeycomb structures placed above. To do.
  • a bonding material is disposed on a peripheral edge portion of the end face of the ceramic honeycomb structure, and the plurality of ceramic honeycomb structures are bonded via the bonding material.
  • Adjacent ceramic honeycomb structure (a) on the end face of one ceramic honeycomb structure, after aligning the positioning means to an arbitrary partition formed from one outer peripheral end to the other outer peripheral end, (b) The one ceramic honeycomb structure is moved a predetermined distance in the X direction and / or Y direction, or rotated by a predetermined angle around the axis, and (c) another ceramic honeycomb structure on the end face thereof. It is preferable that the partition walls are joined to each other by being mounted by the same positioning method as that of the one ceramic honeycomb structure.
  • the positioning means is a linear member made of metal and / or nonmetal, or a light beam.
  • the ceramic honeycomb filter of the present invention keeps the PM collection performance, suppresses the pressure loss when the exhaust gas passes through, is hardly melted even if the filter is regenerated by combustion, and is not easily clogged with ash. Therefore, it is particularly suitable for purifying exhaust gas emitted from a diesel engine.
  • FIG. 2 is a schematic view of the ceramic honeycomb filter of FIG. 1 (a) viewed from the end face side.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing an enlarged BB cross section of FIG. 1 (a).
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a cell opening area by extracting one cell of FIG. 2 (a).
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a cell opening area after one cell of FIG. 2 (a) is extracted and narrowed by a partition wall of an adjacent honeycomb structure.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of arbitrary continuous 5 cells ⁇ 5 rows in a ceramic honeycomb structure having triangular cells.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an example of arbitrary continuous 5 cells ⁇ 5 rows in a ceramic honeycomb structure having quadrangular cells.
  • FIG. 6 is a schematic view showing an example of arbitrary continuous 5 cells ⁇ 5 rows in a ceramic honeycomb structure having hexagonal cells. It is a schematic cross section which shows another example of the ceramic honeycomb filter of this invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of the ceramic honeycomb filter of FIG. 4 (a) viewed from the end face side.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing an enlarged CC cross section of FIG. 4 (a).
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a cell opening area by extracting one cell of FIG. 5 (a).
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a cell opening area after one cell of FIG. 5 (a) is extracted and narrowed by a partition wall of an adjacent honeycomb structure. It is a schematic diagram which shows the partition crossing part of a ceramic honeycomb structure. It is the schematic diagram which looked at the nozzle
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic honeycomb filter formed by chamfering and an R portion at a peripheral edge portion of an end face of a ceramic honeycomb structure.
  • FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic honeycomb filter of Example 25 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the cell opening area after the ceramic honeycomb filter of the present invention is blocked and reduced by the partition walls of the joined downstream ceramic honeycomb structure. It is a schematic cross section which shows an example of the ceramic honeycomb filter which has a junction part through a bonding agent.
  • FIG. 15 is a schematic view of the ceramic honeycomb filter of FIG. 14 (a) as viewed from the end face side. It is a schematic cross section which shows another example of the ceramic honeycomb filter which has a junction part through a bonding agent.
  • FIG. 15 is a schematic view of the ceramic honeycomb filter of FIG. 14 (c) viewed from the end surface side. It is a schematic diagram which shows the method of shifting a some ceramic honeycomb structure in the direction of partition wall thickness in the end surface.
  • Ceramic honeycomb filters (1) Embodiment A ceramic honeycomb filter 10 of the present invention shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) has two ceramic honeycomb structures 11 each having a number of cells 2 partitioned by porous partition walls 1. 12 is joined in the axial direction at the end face of the ceramic honeycomb structure, and the exhaust gas is circulated from the ceramic honeycomb structure 11 to the ceramic honeycomb structure 12, thereby purifying PM in the exhaust gas.
  • the two ceramic honeycomb structures 11 and 12 are joined such that at least some of the partition walls are displaced from each other, and are in a cross section perpendicular to the axial direction of the ceramic honeycomb structure 11 on the upstream side in the exhaust gas flow direction.
  • the roughness (maximum height Rz) is 15 ⁇ m or more, and the roughness of the partition wall surface (maximum height Rz) is 15 ⁇ m or more.
  • the axial direction coincides with the direction in which the exhaust gas flows (the axial direction of the cell).
  • the two ceramic honeycomb structures 11 and 12 are joined in such an arrangement that at least some of the partition walls are displaced from each other, so that the cell outlet side (downstream side) of the upstream ceramic honeycomb structure 11 This opening is blocked by a part of the partition wall 121 of the ceramic honeycomb structure 12 on the downstream side, and the flow path through which the exhaust gas flows is narrowed at the joint. Therefore, when the exhaust gas flowing into the cells of the upstream ceramic honeycomb structure 11 flows to the cells of the downstream ceramic honeycomb structure 12 through the joint portion, PM in the exhaust gas is downstream.
  • the ceramic honeycomb filter 10 has a flow path that communicates from the inlet side end surface to the outlet side end surface while maintaining the PM collection performance, so that the pressure loss when the exhaust gas flows can be kept low.
  • the ceramic honeycomb filter of the present invention most of the PM in the exhaust gas is captured more uniformly and more uniformly on the partition wall end face and partition wall surface of the joined downstream ceramic honeycomb structure. Compared to a ceramic honeycomb filter having a sealing portion, the heat generated when PM is burned to regenerate the filter is not locally increased, and the ceramic honeycomb structure is not easily damaged. Furthermore, since the ash remaining after the PM burns easily flows out of the ceramic honeycomb filter, the filter is hardly clogged.
  • the strength of the ceramic honeycomb filter 10 can be improved by forming the outer peripheral wall 5 on the outer periphery of the two ceramic honeycomb structures 11, 12 joined with the partition walls being displaced. it can.
  • Calculation of the cell opening area ratio A 0 is performed as follows. Light is transmitted from the downstream end face of the joined ceramic honeycomb filter, and the cell opening is photographed from the upstream end face. When it is difficult to see the joint from the end face of the ceramic honeycomb filter, it is preferable to photograph the opening of the cell by cutting both sides of the joint perpendicular to the axial direction at a position about 10 mm in the axial direction from the joint. From photos taken, as shown in FIG.
  • the cell opening area A 02 after being narrowed and reduced by the upstream end face of the partition wall 121 of the structure 12 is calculated, and the opening area ratio A 0 of each cell is calculated as (A 02 / A 01 ).
  • the opening area A 02 is, as shown in FIG. 2 (c), the downstream ceramic honeycomb structure projected onto the cell opening in the cross section perpendicular to the axial direction of the upstream ceramic honeycomb structure 11.
  • the area of the upstream end face of the 12 partition walls 121 is subtracted from the opening area A 01 .
  • the calculation of the opening areas A 01 and A 02 of these cells is preferably performed by an image analyzer.
  • any continuous 5 cells x 5 columns means that “successive 5 cells” can be arbitrarily selected, and “successive 5 cells” can be selected in the same pattern as the above “successive 5 cells”.
  • any continuous 5 cells ⁇ 5 columns can be selected in the same manner.
  • the partition wall end face and partition wall roughness (maximum height Rz) of the downstream ceramic honeycomb structure is preferably 20 ⁇ m or more, and more preferably 25 ⁇ m or more.
  • the absolute value of the difference between the opening area ratio (A 0 ) of one arbitrary cell and the opening area ratio (A 1 , A 2 , A 3 , A 4 ...) Of each cell adjacent to the arbitrary one cell. when the maximum value was defined as .DELTA.A max, is preferably the maximum value of .DELTA.A max of each cell in any consecutive five cells ⁇ 5 columns ( 25 cells) is less than 1 0.1 or more, it is 0.2 to 0.5 Is more preferable. Absolute difference between the opening area ratio (A 0 ) of the arbitrary cell and the opening area ratio (A 1 , A 2 , A 3 , A 4 ...) Of each cell adjacent to the arbitrary cell. As the value increases, the pressure difference generated between adjacent cells increases, and the PM trapped on the partition wall surface of the downstream ceramic honeycomb structure increases. If the absolute value of the difference becomes too large, the pressure loss will increase.
  • the ratio of the opening area in each cell adjacent to an arbitrary cell is, for example, in the case of a quadrangular cell, as shown in FIG. 13 (a), in the upstream ceramic honeycomb structure 11, the cell opening area A Reduced by being narrowed by the upstream end face of the partition wall 121 of the downstream ceramic honeycomb structure 12 with respect to the open areas A 11 , A 21 , A 31 and A 41 of four cells adjacent to any one cell having 01
  • FIG. 2 (a) there is an embodiment (embodiment A) in which the adjacent ceramic honeycomb structures 11 and 12 are joined while being shifted in the thickness direction of the partition walls 111 and 121.
  • the distance X or Y between the partition wall 111 of the ceramic honeycomb structure 11 and the partition wall 121 of the ceramic honeycomb structure 12 is 0.1 to 0.5 times the partition wall pitch. Is preferred.
  • the deviation width is not less than 0.1 times the partition wall pitch
  • PM in the exhaust gas flowing into the cells of the upstream ceramic honeycomb structure 11 has an upstream end surface of the partition walls 121 of the downstream ceramic honeycomb structure 12.
  • the pressure difference generated between adjacent cells is increased, and the amount of PM trapped on the partition wall surface of the downstream ceramic honeycomb structure increases.
  • the maximum distance between the partition walls is 0.5 times the partition wall pitch
  • the maximum value of the shift width is 0.5 times the partition wall pitch.
  • FIG. 4 (b) and FIGS. 5 (a) to 5 (c) there is a mode (mode B) in which the ceramic honeycomb structures are joined by rotating about their axes.
  • mode B the angle ⁇ formed by the partition walls 111 of one ceramic honeycomb structure 11 and the partition walls 121 of the other ceramic honeycomb structure 12 is preferably in the range of 35 to 55 °.
  • Adjacent ceramic honeycomb structures are shifted by 0.1 to 0.5 times the partition pitch in the thickness direction of the partition walls, and the partition walls of one ceramic honeycomb structure and the partition walls of the other ceramic honeycomb structure are separated.
  • the mode may be such that the angle ⁇ formed is in the range of 35 to 55 ° and is joined by rotating about the axis of the ceramic honeycomb structure (Aspect C), and the ceramic honeycomb structures having different partition wall pitches are combined. It is also possible to adopt a mode (Aspect D) in which the ceramic honeycomb structures having different partition wall pitches are joined by rotating about the axis of the ceramic honeycomb structure (Aspect D).
  • the angle ⁇ formed by the partition walls of one ceramic honeycomb structure and the partition walls of the other ceramic honeycomb structure is in the range of 35 to 55 °, and adjacent ceramic honeycomb structures face each other.
  • Each center of the end face is in a state shifted by a distance of 0.1 to 0.5 times the partition wall pitch.
  • a ceramic honeycomb in which three or more ceramic honeycomb structures are joined in the axial direction by joining their end faces together can also be a filter.
  • the number of ceramic honeycomb structures to be joined increases, the number of partition wall end faces of the downstream ceramic honeycomb structure capable of capturing PM increases, and thus PM collection performance is improved.
  • the number of connected ceramic honeycomb structures is preferably 2 to 15, and 2 to 12 More preferably.
  • the partition walls of at least one pair of adjacent ceramic honeycomb structures are bonded to each other.
  • the adjacent partition walls are deviated from each other at all joints.
  • the method of shifting the adjacent ceramic honeycomb structures in each joint does not have to be the same in all the joints.
  • the method of shifting in the thickness direction of the partition walls, the method of rotating around the axis, and the ceramics having different partition pitches A method of combining honeycomb structures, a method of combining them, and the like can be selected as appropriate.
  • the cross section in the axial direction of the cell is preferably a quadrangular shape having arcuate corners. Since the corners of the cells are arc-shaped, the strength at the joint is improved, the area of the partition wall end face of the downstream ceramic honeycomb structure at the joint is increased, and PM is easily trapped on the partition face. Furthermore, since the flow path becomes narrower at the junction, the pressure difference generated between adjacent cells becomes large, and PM in the exhaust gas is easily captured on the partition wall surface. Furthermore, as shown in FIG. 6, it is preferable that the curvature radii R 1 and R 1 of one opposing corner are larger than the curvature radii R 2 and R 2 of the other opposing corner. By configuring the radius of curvature at the corners in this way, the pressure difference generated between adjacent cells is increased, and PM in the exhaust gas is easily captured by the partition walls. As a result, the PM collection performance can be maintained well.
  • Adjacent ceramic honeycomb structures are preferably joined at their end faces with an interval of 0.01 to 3 mm.
  • a space in which PM trapped on the partition wall end surface of the ceramic honeycomb structure on the downstream side can be deposited is widened, so that PM collection performance is improved.
  • the pressure loss when the exhaust gas flows can be kept low.
  • the interval between the end faces of the adjacent ceramic honeycomb structures exceeds 3 mm, the pressure difference between adjacent cells caused by the exhaust gas flow path being narrowed at the joint becomes small, and the exhaust gas in the exhaust gas PM becomes difficult to be trapped on the partition wall surface, and the PM trapping performance of the ceramic honeycomb filter is degraded.
  • a method for forming the interval will be described later.
  • the opening ratio of each ceramic honeycomb structure is preferably 75% or less. By setting the opening ratio to 75% or less, it is possible to keep the PM collection performance and to suppress the pressure loss when the exhaust gas flows. If the opening ratio exceeds 75%, the strength of the ceramic honeycomb structure is lowered, and it becomes difficult to join a plurality of ceramic honeycomb structures. In order to suppress the pressure loss when the exhaust gas flows, the opening ratio is preferably 40% or more.
  • a ceramic honeycomb filter including a plurality of ceramic honeycomb structures may be configured by joining ceramic honeycomb structures having different aperture ratios.
  • the adjacent partition walls 1 are preferably substantially parallel to each other in the cross section parallel to the axial direction of the ceramic honeycomb structure. Further, in the cross section, it is preferable that the number of the cells 2 out having a part or end opening in the outer peripheral surface 4 is 1 to 5 per 300 mm length of the ceramic honeycomb structure.
  • the partition walls are inclined with respect to the axial direction, so PM in the exhaust gas is the end surfaces of the partition walls and the partition wall surfaces of the downstream ceramic honeycomb structure. It becomes easy to be captured in the whole area. Therefore, pressure loss when exhaust gas flows can be kept low while PM is collected well. However, when there are six or more cells 2 out opened in the outer peripheral surface 4, the pressure loss when the exhaust gas flows increases, which is not preferable.
  • the porosity of the ceramic honeycomb structure is 50 to 80%, the partition wall thickness Preferably, the thickness is 0.2 to 0.5 mm and the cell pitch is 1 to 3 mm. More preferably, the porosity is 55 to 70%, the partition wall thickness is 0.25 to 0.45 mm, and the cell pitch is 1.2 to 2 mm.
  • the ceramic honeycomb filter of the present invention is (a) a step of obtaining a plasticized ceramic clay by adding a binder, a lubricant, a pore former, water, etc. to a ceramic raw material and mixing and kneading.
  • a step of drying a ceramic honeycomb molded body having a predetermined length obtained by extruding the ceramic clay with a honeycomb-shaped extrusion mold to obtain a ceramic honeycomb dried body (c) the ceramic honeycomb dried body (D) a plurality of ground ceramic honeycomb dried bodies are placed with their partition walls shifted from each other on the end faces, and a plurality of the placed end faces The ceramic honeycomb dried body is manufactured by a firing process. Further, (e) a step of applying a coating material to the outer peripheral portions of the plurality of connected ceramic honeycomb structures after firing may be included.
  • a ceramic raw material is prepared by adding a binder, a lubricant, a pore former and water to a ceramic raw material, mixing and kneading.
  • Ceramic raw materials are cordierite, cordierite forming raw material, silicon carbide, silicon-silicon carbide based composite material, silicon nitride, mullite, alumina, spinel, silicon carbide-cordierite based composite material, lithium aluminum silicate, aluminum titanate It is preferably at least one selected from the group consisting of Among these, a cordierite forming raw material is preferable.
  • the cordierite-forming raw material means a raw material that becomes cordierite by firing, and has a chemical composition containing 42 to 56 mass% SiO 2 , 30 to 45 mass% Al 2 O 3 , and 12 to 16 mass% MgO. It is a ceramic raw material blended so that. Specific examples include those containing a plurality of inorganic raw materials selected from talc, kaolin, calcined kaolin, alumina, aluminum hydroxide and silica in such a proportion as to have the chemical composition.
  • a material having an average particle diameter of 5 to 70 ⁇ m as the pore former.
  • the pore former is not particularly limited as long as the surface roughness can be increased, but graphite, resin, foamed resin, foamable resin, ceramic coating resin, corn starch, wheat flour and the like can be used.
  • the extrusion mold is a curved surface having a radius of curvature of R 1 and R 2 at the corner of the portion where the molding grooves 32 formed in the extrusion mold 31 intersect ( by forming the R portion), as shown in FIG. 6, at the corners are arcuate, large quadrilateral radius of curvature R 1 of the corner of one of the opposing than the radius of curvature R 2 of the corner portion of the other of the opposed
  • a dried ceramic honeycomb body having the above cells can be formed.
  • (c) End face grinding step The end face of the obtained ceramic honeycomb dried body is ground with a grindstone or the like so as to be substantially perpendicular to the axial direction.
  • a grindstone having a particle size of about # 50 to # 270 is used in the case of a ceramic honeycomb member manufactured using the pore former.
  • a grindstone having a relatively coarse particle size is used in the case of a ceramic honeycomb member manufactured using the pore former.
  • a ceramic raw material mixed with a binder and water can be used as the coating material.
  • the ceramic raw material may be the same material as the ceramic honeycomb structure or a different material, such as cordierite, cordierite forming raw material, silicon carbide, silicon-silicon carbide based composite material, silicon nitride, Mullite, alumina, silica, spinel, silicon carbide-cordierite composite material, lithium aluminum silicate, aluminum titanate, or the like can be used.
  • Second method In the first method, a plurality of dried ceramic honeycomb bodies that have been dried and whose end faces have been grounded are placed by shifting the partition walls on the end faces, and the plurality of ceramic honeycomb dried bodies that have been placed Alternatively, the above-mentioned coating material may be integrally applied to the outer peripheral portion of the substrate, and then fired to produce a ceramic honeycomb filter in which the walls are displaced and joined. In the case of this method, since the ceramic honeycomb structure and the coating material are fired and integrated, the strength of the joint portion of the ceramic honeycomb structure is increased, and a stronger ceramic honeycomb filter can be obtained.
  • a ceramic honeycomb filter in which the partition walls are bonded to each other may be manufactured by integrally applying a coating material to the outer peripheral portions of the plurality of ceramic honeycomb structures in the formed state.
  • the end face may be ground before firing or after firing.
  • chamfering 6 or R portion 7 may be formed on the peripheral edge portions of the end faces of the plurality of ceramic honeycomb structures 11, 12, 13, 14. .
  • a plurality of ceramic honeycomb structures 11, 12, 13, 14 having chamfers 6 or R portions 7 formed on the periphery are placed with the partition walls being shifted from each other, and in the state of being placed, a coating material is applied to the outer periphery thereof By applying the coating material, the coating material is formed thicker at the joined portion than at the outer peripheral portion of the ceramic honeycomb structure, so that the strength of the joined portion can be increased.
  • the chamfer 6 or the R portion 7 may be formed after the ceramic honeycomb structure is dried, or may be formed after firing.
  • a cell having an opening on the outer peripheral surface is a length 300 of the ceramic honeycomb structure.
  • 1 to 5 ceramic honeycomb structures present per mm can be obtained, for example, by processing and removing the outer peripheral portion of the dried ceramic honeycomb body obtained as described above. At this time, the outer peripheral portion is processed and removed so that the axial direction of the processed ceramic honeycomb dried body is inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the cell 2.
  • a cell having a part or end opened in the outer peripheral surface in a cross section parallel to the axial direction By processing both ends of the processed ceramic honeycomb dried body perpendicularly to the axial direction of the ceramic honeycomb dried body, a cell having a part or end opened in the outer peripheral surface in a cross section parallel to the axial direction.
  • a ceramic honeycomb structure having the same can be obtained.
  • the axial direction of the dried ceramic honeycomb body the cell This is done appropriately by adjusting the angle with the axial direction of 2.
  • the processing and removal of the outer peripheral portion may be performed after firing the ceramic honeycomb dried body.
  • a ceramic honeycomb structure can be obtained in which 1 to 5 ceramic honeycomb structures are present per 300 mm length of the structure.
  • the processing and removal of the outer peripheral portion may be performed after firing the ceramic honeycomb dried body.
  • the plurality of ceramic honeycomb structures mounted with the partition walls being shifted can be mounted via the bonding material.
  • the bonding material By using the bonding material, the bonded portion of the ceramic honeycomb structure is strengthened, and the bonded portion is hardly damaged.
  • the bonding material 21 is disposed at the peripheral edge portion of the end face of the adjacent ceramic honeycomb structures 11 and 12.
  • the peripheral edge portion of the end face of the ceramic honeycomb structure in which the bonding material 21 is disposed refers to a range of 5 times the cell pitch inward from the outermost peripheral portion of the end face.
  • the bonding material 21 may be disposed on the dried ceramic honeycomb structure or may be disposed on the fired ceramic honeycomb structure.
  • the bonding material does not need to be disposed over the entire periphery, and is disposed only in a desired portion of the periphery according to the adhesive strength of the connection. You may let them.
  • ceramic raw material mixed with ceramic fiber, inorganic binder, or the like, or heat-resistant ceramic fiber, ceramic particles, cement, or the like can be used alone or in combination. Furthermore, you may mix an organic binder, an inorganic binder, etc. as needed.
  • the ceramic raw material may be the same material as the ceramic honeycomb structure or a different material.
  • Cordierite, cordierite forming raw material, silicon carbide, silicon-silicon carbide based composite material, mullite, alumina At least one selected from the group consisting of silica, spinel, silicon carbide cordierite composite material, lithium aluminum silicate, and aluminum titanate can be used.
  • the distance between the end faces of the ceramic honeycomb structures 11 and 12 is 0.01 to The spacing can be 3 mm.
  • the bonding material 21 disposed on the end surface may be partially disposed in the cells on the end surface, and as a result, the ceramic honeycomb structures can be firmly bonded to each other.
  • (iv) Method of placing the partition walls in a shifted manner A method for placing a plurality of ceramic honeycomb structures by placing the partition walls in the end face is described.
  • the end face of the ceramic honeycomb structure is cut or ground to make the axial length of the ceramic honeycomb structure a predetermined length.
  • the axial length can be appropriately determined depending on the total length of the ceramic honeycomb filter after joining and the number of ceramic honeycomb structures, and it is preferable that all ceramic honeycomb structures have the same axial length, It is not necessary for all ceramic honeycomb structures to have the same axial length, and ceramic honeycomb structures having different axial lengths may be used in combination.
  • the end face processing may be performed in an unfired state after the ceramic honeycomb structure is dried, or may be performed after firing.
  • FIGS. 15 (a) to 15 (e) and FIGS. 16 (a) to 16 (e) show a joining apparatus for mounting and joining a plurality of ceramic honeycomb structures with their partition walls shifted from each other at the end faces. 80 is shown.
  • the joining apparatus 80 includes a table 81 for placing a ceramic honeycomb structure and positioning means for the ceramic honeycomb structure placed on the table 81.
  • the table 81 can move in the X and Y directions on the horizontal plane, and can rotate about the center of the table 81 as an axis.
  • the positioning means include linear members made of metal and / or non-metal, or those using light beams, and examples of linear members made of metal and / or non-metal include steel wire, copper wire, and ceramic fiber wire.
  • FIGS. 15 (a) to 15 (e) and FIGS. 16 (a) to 16 (e) show an example of a joining apparatus 80 using two laser light sources 82 and 83 as positioning means.
  • the two laser light sources 82 and 83 are supported by the pillars 84 and 85 so as to be vertically movable so that the optical axes 821 and 831 of the light emitted from the laser light sources 82 and 83 in the horizontal direction are orthogonal to each other. And can be fixed at any position.
  • FIGS. 15 (a) to 15 (e) A method of placing a plurality of ceramic honeycomb structures so that the partition walls are shifted in the direction of the partition wall thickness at the end faces is shown in FIGS. 15 (a) to 15 (e). This will be described below with reference to (a 1 ) to (e 1 ).
  • the laser light sources 82 and 83 are fixed to a height substantially corresponding to the axial length of the first ceramic honeycomb structure 11, and the first ceramic honeycomb structure 11 is placed with one end face down.
  • the optical axis 821 of the laser beam emitted from the arbitrary partition 111-2 and the laser light source 82 formed on the table 81 and formed on the other end surface from one outer peripheral end to the other outer peripheral end. Is positioned so that the partition wall 111-3 perpendicular to the arbitrary partition wall 111-2 and the optical axis 831 of the laser light emitted from the laser light source 83 approximately match (FIG. 15 (a)). ).
  • the laser light sources 82 and 83 are further moved and fixed to a height substantially corresponding to the axial length of the second ceramic honeycomb structure 12, and the second ceramic honeycomb structure 12 is An arbitrary partition wall 111-2 and a laser light source 82 formed on the other end face from the outer peripheral end to the other outer peripheral end on the first ceramic honeycomb structure 12 with the end face of the first ceramic honeycomb structure 12 facing down
  • the optical axis 821 of the laser beam emitted from the laser beam almost coincides with the partition wall 111-3 perpendicular to the arbitrary partition wall 111-2 and the optical axis 831 of the laser beam emitted from the laser light source 83 substantially coincides with each other. (Fig. 15 (c)).
  • the third ceramic honeycomb structure 13 is placed on the second ceramic honeycomb structure 12 by positioning means using the laser light sources 82 and 83 (FIG. 15). (e)) The table 81 is moved.
  • a desired number of ceramic honeycomb structures can be mounted by repeating the same operations as in (c 1 ) and (d 1 ).
  • the laser light source 82 is fixed at a height substantially corresponding to the axial length of the first ceramic honeycomb structure 11, and the first ceramic honeycomb structure 11 is placed with one end face down.
  • the laser emitted from the laser light source 82 and the arbitrary partition wall 111-2 which is placed so that its axis is aligned with the center of the table 81 and is formed from one outer peripheral end to the other outer peripheral end on the other end face It is placed so that the optical axis 821 of the light substantially coincides (FIG. 16 (a)).
  • the laser light source 82 is further moved and fixed to a height substantially corresponding to the axial length of the second ceramic honeycomb structure 12, and the second ceramic honeycomb structure 12 is fixed to one end face. Fired from a laser beam source 82 and an arbitrary partition wall 111-2 formed on the other end face from the outer peripheral end to the other outer peripheral end on the first ceramic honeycomb structure 12 The laser beam is placed so that the optical axis 821 of the laser beam substantially coincides (FIG. 16 (c)).
  • the third ceramic honeycomb structure 13 is placed on the second ceramic honeycomb structure 12 by positioning means using the laser light source 82 (FIG. 16 (e )), The table 81 is rotated by a predetermined angle.
  • a desired number of ceramic honeycomb structures can be placed by repeating the same operations as in (c 2 ) and (d 2 ).
  • Kaolin, talc, silica, and alumina powder were prepared to obtain a cordierite-producing raw material powder having a chemical composition of 51 mass% SiO 2 , 35 mass% Al 2 O 3 , and 14 mass% MgO.
  • binder methylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose
  • lubricant a hydroxypropylmethylcellulose
  • pore former amed resin having an average particle diameter of 40 ⁇ m
  • the ceramic honeycomb body obtained by extruding and cutting to a predetermined length was dried with a microwave dryer for 20 minutes to obtain a partition wall thickness of 0.30 mm, a cell density of 180 cells / inch 2 and a partition wall of 1.89 mm
  • the outer peripheral portion of the dried ceramic honeycomb body is processed so that the axial direction of the dried body after processing is inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the cell, and has a length of 300 mm and an outer diameter of 270 mm.
  • a ceramic honeycomb dried body A was obtained.
  • the number of cells having a part or an end opened to the outer peripheral surface was 2.
  • Ceramic honeycomb dried body B having the structure shown in Table 1 in the same manner as the ceramic honeycomb dried body A, except that the molding groove thickness and pitch of the extrusion mold and the processing angle of the outer peripheral portion of the dried body were changed. ⁇ M was made.
  • the dried ceramic honeycomb bodies E and F use ceramic clay produced by reducing the amount of pore-forming material used to 5.0 parts by mass, and the dried ceramic honeycomb body M does not have the R part. It was produced using a metal mold.
  • These unfired ceramic honeycomb dried bodies A to M were fired at a maximum temperature of 1410 ° C. for 8 days in a firing furnace to obtain ceramic honeycomb structures A to M. If necessary, these unfired ceramic honeycomb bodies A to M and the fired ceramic honeycomb structures A to M were cut into 150 mm, 75 mm, 37.5 mm, and 25 mm lengths for use. .
  • Example 1 Using the joining device 80 (see FIGS. 15 (a) to 15 (e)), the two ceramic honeycomb dried bodies C having a length of 150 mm are in contact with each other, and the partition walls of both dried bodies are in contact with each other. However, it was placed so as to shift by 0.3 times the partition wall pitch in the partition wall thickness direction (both X and Y directions shown in FIG. 2 (a)). At this time, no bonding material was used between the facing end faces.
  • the two dried ceramic honeycomb bodies in the mounted state were fired at a maximum temperature of 1410 ° C. for 8 days in a firing furnace.
  • a ceramic honeycomb filter having an outer diameter of 270 mm and a length of 300 mm was prepared by coating and drying a slurry made of cordierite, binder and water on the outer peripheral portion of the fired ceramic honeycomb structure.
  • Example 2 The partition walls of both dry bodies have an outer diameter of 270 mm and a length of 300 mm in the same manner as in Example 1 except that they are placed so as to be deviated by 45 ° in the rotational direction about the axes of both dry bodies. A ceramic honeycomb filter was produced.
  • Example 3 Using the joining device 80, two ceramic honeycomb dried bodies C having a length of 150 mm are brought into contact with each other at the end surfaces, and the partition walls of both the dried bodies are in the partition wall thickness direction (X shown in FIG. 2 (a)). And in both directions of Y and Y) through a bonding material composed of a cordierite forming raw material, a binder and water so as to shift by 0.1 times the partition wall pitch.
  • the bonding material was disposed with a width twice the cell pitch from the peripheral edge of the end face of the ceramic honeycomb dried body C (see FIGS. 14 (a) and 14 (b)).
  • the two dried ceramic honeycomb bodies in a mounted state were fired at a maximum temperature of 1410 ° C. for 8 days in a firing furnace to produce a ceramic honeycomb filter having an outer diameter of 266.7 mm and a length of 301 mm.
  • Example 9 Using the joining device 80 (see FIGS. 16 (a) to 16 (e)), the partition walls of the two dry bodies were placed so as to be displaced by 10 ° in the rotational direction about the axis of both dry bodies.
  • a ceramic honeycomb filter having an outer diameter of 266.7 mm and a length of 301 mm was produced in the same manner as in Example 3.
  • Example 15 The partition walls of both dry bodies are shifted by 0.1 times the partition pitch in the partition wall thickness direction (both X and Y directions shown in FIG. 2 (a)) and by 10 ° in the rotational direction about the axes of both dry bodies.
  • a ceramic honeycomb filter having an outer diameter of 266.7 mm and a length of 301 mm was produced in the same manner as in Example 3 except that it was placed as described above.
  • Examples 4, 10 and 16 The amount of deviation was changed as shown in Table 2, and the outer peripheral portion of the fired ceramic honeycomb structure was coated with a slurry made of cordierite, binder and water (see Example 1), Example 3, In the same manner as 9 and 15, ceramic honeycomb filters of Examples 4, 10 and 16 having an outer diameter of 270 mm and a length of 301 mm were produced.
  • Examples 5 and 11 The ceramic honeycombs of Examples 5 and 11 having an outer diameter of 270 mm and a length of 301 mm, respectively, in the same manner as in Examples 4 and 10, except that the dried ceramic honeycomb D was used instead of the dried ceramic honeycomb C. A filter was produced.
  • Example 6 Using the joining device 80, the two ceramic honeycomb dried bodies D having a length of 75 mm and the two ceramic honeycomb dried bodies J having a length of 75 mm are in contact with each other, and the amount of displacement of each joined surface
  • the ceramic honeycomb is dried through a cordierite-forming raw material, a binder, and a bonding material composed of water so that is 0.3 times the partition pitch in the partition wall thickness direction (both X and Y shown in FIG. 2 (a)).
  • the bodies D, D, J, and J were placed in this order.
  • the bonding material was disposed from the peripheral edge of the end face of the ceramic honeycomb dried body to a width of twice the cell pitch and into a cell 3 mm from the end face.
  • the four dried ceramic honeycomb bodies in the mounted state were fired at a maximum temperature of 1410 ° C. for 8 days in a firing furnace to produce a ceramic honeycomb filter having an outer diameter of 270 mm and a length of 303 mm.
  • Example 7 A ceramic honeycomb filter having an outer diameter of 270 mm and a length of 303 mm was prepared in the same manner as in Example 6 except that the amount of displacement of each joint surface was changed to be 0.4 times the partition wall pitch (XY direction). did.
  • Example 8 In order of the honeycomb dried bodies D, D, J, and J, the amount of deviation between the honeycomb dried bodies DD is 0.1 times the partition pitch (XY both directions), and the amount of deviation between the honeycomb dried bodies DJ is 0.3 times the partition pitch (XY both directions). And a ceramic having an outer diameter of 270 mm and a length of 303 mm in the same manner as in Example 6 except that the amount of deviation between the dried honeycomb bodies JJ is 0.1 times the partition wall pitch (XY direction). A honeycomb filter was produced.
  • Examples 12 and 13 Instead of the honeycomb dried body D, D, J, J, the honeycomb dried body D, D, I, I was used, and the amount of deviation was changed as shown in Table 2, in the same manner as in Example 6, 270 Two ceramic honeycomb filters of Examples 12 and 13 each having an outer diameter of mm and a length of 303 mm were produced.
  • Example 14 In order of the honeycomb structures D, D, J, and J, the amount of deviation between the honeycomb dried bodies DD is 10 ° in the rotational direction, the amount of deviation between the honeycomb dried bodies DJ is 45 ° in the rotational direction, and between the honeycomb dried bodies JJ.
  • a ceramic honeycomb filter of Example 14 having an outer diameter of 270 mm and a length of 303 mm was produced in the same manner as in Example 6, except that the amount of displacement was 10 ° in the rotation direction.
  • Examples 17, 21 and 22 Using the bonding apparatus 80, four fired honeycomb structures D having a length of 75 mm are arranged so that the end surfaces are in contact with each other so that the partition walls of the respective bonded surfaces have the deviation amounts shown in Table 2. It was placed through a bonding material made of light. The bonding material was arranged from the peripheral portion of the end face of the ceramic honeycomb structure D to a width of twice the cell pitch and into a cell 3 mm from the end face.
  • the ceramic honeycomb filter of Example 17 having an outer diameter of 270 mm and a length of 303 mm, coated and dried with a slurry made of silica, a binder, and water on the outer peripheral portion of the four ceramic honeycomb structures D to be connected, A ceramic honeycomb filter of Example 21 having an outer diameter of 270 mm and a length of 301.5 mm and a ceramic honeycomb filter of Example 22 having an outer diameter of 270 mm and a length of 307.5 mm were produced. Note that the deviation in the partition wall thickness direction was performed in both the X direction and the Y direction.
  • Example 18 The outer diameter of 270 mm and 303 mm were the same as in Example 17 except that the fired honeycomb structure E having a length of 75 mm was used instead of the fired honeycomb structure D having a length of 75 mm. A ceramic honeycomb filter having a length of 5 mm was prepared.
  • Example 19 The outer diameter of 270 mm and 303 mm were the same as in Example 17, except that the fired honeycomb structure F having a length of 75 mm was used instead of the fired honeycomb structure D having a length of 75 mm. A ceramic honeycomb filter having a length of 5 mm was prepared.
  • Example 20 The outer diameter of 270 mm and 303 mm were obtained in the same manner as in Example 17 except that the fired honeycomb structure G having a length of 75 mm was used instead of the fired honeycomb structure D having a length of 75 mm. A ceramic honeycomb filter having a length of 5 mm was prepared.
  • Example 23 Instead of the four fired honeycomb structures D having a length of 75 mm, the fired honeycomb structures B, D, H, and J having a length of 75 mm were successively connected in the same manner as in Example 17. Thus, a ceramic honeycomb filter having an outer diameter of 270 mm and a length of 303 mm was produced.
  • Example 24 Using the bonding device 80, fired honeycomb structures A, B, D, H, I, J, K, and L (total of 8 pieces) having a length of 37.5 mm with 3 mm chamfered edges on both end faces In order, the end surfaces were brought into contact with each other, and the partition walls of each bonding surface were placed via a bonding material made of cordierite so as to have a deviation amount shown in Table 2. The bonding material was arranged from the peripheral edge of the end face of the ceramic honeycomb structure to a width of three times the cell pitch and into a cell 3 mm from the end face.
  • Example 25 Instead of the fired honeycomb structures A, B, D, H, I, J, K, and L with a length of 37.5 mm, 12 pieces with a length of 25 mm with 3 mm chamfered peripheral edges at both ends are provided.
  • Example 26 The outer diameter of 270 mm and the length of 337 mm are the same as in Example 25 except that 13 fired honeycomb structures D each having a chamfered edge of 3 mm on both end faces are used. A ceramic honeycomb filter was produced.
  • Example 27 Twelve fired honeycomb structures D having a length of 25 mm with 3 mm chamfered edges on both end faces were joined so that each joining face was shifted by 45 ° in the rotation direction, and the end faces of adjacent honeycomb structures In the same manner as in Example 25 except that the gaps of 3.0 mm, 3.0 mm, 3.0 mm, 3.0 mm, 2.0 mm, 2.0 mm, 2.0 mm, 2.0 mm, 1.0 mm, 1.0 mm and 1.0 mm were sequentially set from the upstream side.
  • a ceramic honeycomb filter having an outer diameter of 270 mm and a length of 323 mm was produced.
  • Example 28 Using the joining device 80, six fired honeycomb structures D having a length of 25 mm with 3 mm chamfered peripheral edges on both end faces, with each joining face being displaced by 45 ° in the rotation direction, was connected via a bonding material made of cordierite so as to be 2.0 mm to obtain an upstream member of the ceramic honeycomb filter.
  • the bonding material was arranged from the peripheral edge of the end face of the ceramic honeycomb structure to a width of three times the cell pitch and into a cell 3 mm from the end face.
  • a downstream member of a ceramic honeycomb filter composed of six honeycomb structures D was obtained in the same manner as the upstream member except that the gap between the joining surfaces was 1.0 mm.
  • the obtained upstream member and downstream member were joined via a joining material made of cordierite so that the gap was 3.0 mm with a shift amount of 45 ° in the rotational direction.
  • the bonding material was arranged from the peripheral edge of the end face of the ceramic honeycomb structure to a width of 3 times the cell pitch and into a cell 3 mm from the end face.
  • a slurry made of silica, a binder, and water was coated on the outer peripheral portions of the joined upstream member and downstream member and dried to prepare a ceramic honeycomb filter having an outer diameter of 270 mm and a length of 318 mm.
  • Comparative Example 2 Using the fired ceramic honeycomb structure M, only one end face (exhaust gas outflow side end face) of the cell is plugged in a checkered pattern, and has an outer diameter of 270 mm and a length of 300 mm. Then, a ceramic honeycomb filter having a configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-251137 was produced (see FIGS. 12 (a) and 12 (b)).
  • Comparative Example 3 A ceramic honeycomb filter was produced in the same manner as in Example 17 except that the deviation amount was set to 0.
  • Separation amount of partition walls of the joined surfaces of the ceramic honeycomb filters of Examples 1 to 28 and Comparative Examples 1 to 3 obtained, the spacing between the joined surfaces, the number of honeycomb structures, and arbitrary continuous 5 cells ⁇ 5 rows ( 25 cells)
  • the PM collection rate, pressure loss, resistance to erosion resistance, and clogging due to ash of these ceramic honeycomb filters were measured as follows.
  • the carbon powder to be collected was increased by 2 g / L, and repeated erosion tests were conducted until erosion occurred.
  • the erosion resistance was evaluated with the maximum value (amount of erosion-resistant carbon collected).
  • the erosion resistant carbon collection amount is If 20 g or more ( ⁇ ), The case of 14 g or more and 18 g or less ( ⁇ ), ( ⁇ ) when 8 g or more and 12 g or less, and (X) for cases of 6 g or less The melt resistance was evaluated. The evaluation results are shown in Table 2.
  • Test pieces were cut out from another ceramic honeycomb filter produced in each example, and the porosity, median pore diameter, partition wall end face and partition wall roughness of the ceramic honeycomb structures A to M were measured.
  • the porosity and median pore diameter were measured by mercury porosimetry.
  • a test piece (10 mm x 10 mm x 10 mm) cut out from a ceramic honeycomb filter was set in a Micromeritics Autopore III measurement cell, the pressure inside the cell was reduced, and mercury was introduced. And pressurizing and determining the relationship between the pressure at the time of pressurization and the volume of mercury pushed into the pores present in the test piece. From the relationship between the pressure and the volume, the relationship between the pore diameter and the cumulative pore volume was determined.
  • the porosity was obtained by calculation from the measured value of the total pore volume, assuming that the true specific gravity of cordierite was 2.52 g / cm 3 . Then, from the relationship between the pore diameter determined by the mercury intrusion method and the cumulative pore volume, the pore diameter at which the cumulative pore volume is 50% was defined as the median pore diameter of the pores.
  • the roughness of the partition wall end face and the partition wall surface was evaluated by the maximum height Rz.
  • a surface roughness meter SURFTEST made by Mitutoyo equipped with a stylus with a radius of curvature of 5 ⁇ m at the tip, the roughness of the partition wall end face and the partition wall surface was measured in 3 locations over 2 mm in the longitudinal direction. From the maximum height Rz determined according to the above, average values were calculated for the partition wall end face and the partition wall surface.
  • the ceramic honeycomb filter of the present invention can suppress the pressure loss when exhaust gas passes while maintaining the PM collection performance, while the ceramic of Comparative Example 1
  • the honeycomb filter had a good PM collection rate but poor pressure loss characteristics.
  • the ceramic honeycomb filters of Comparative Examples 2 and 3 had insufficient PM collection performance.

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Abstract

　排気ガス中の微粒子を除去するためのセラミックハニカムフィルタであって、多孔質の隔壁により仕切られた多数のセルを有する複数のセラミックハニカム構造体が、それらの端面同士を接合することにより軸方向に連接されてなり、少なくとも１組の隣接するセラミックハニカム構造体の少なくとも一部の隔壁同士がずれて接合されており、前記隣接するセラミックハニカム構造体の上流側のセラミックハニカム構造体の軸方向に垂直な断面における１つのセルの開口面積をA01、及び下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁の上流側端面によって狭められて減少した後の前記１つのセルの開口面積をA02としたとき、任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルの開口面積比A0(=A02/A01)の平均値が0.9以下であり、前記下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁端面及び隔壁表面の粗さ（最大高さRz）がともに15μm以上であることを特徴とする。

Description

セラミックハニカムフィルタ及びその製造方法
　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気ガスの浄化に用いられるセラミックハニカムフィルタ及びその製造方法に関するものである。
　ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には粒子状物質(Particulate Matters、以下「PM」という)が多量に含まれている。このPMが大気中に放出されると環境汚染を引き起こすため、PMを捕集するためのフィルタが搭載されている。このセラミックハニカムフィルタ50は、例えば、図11(a)及び図11(b)に示すように、多孔質の隔壁51で仕切られた多数のセルを有するセラミックハニカム構造体と、前記セルの排気ガス流入側端部a又は排気ガス流出側端部bに交互に設けられた目封止部（流入側目封止部53a及び流出側目封止部53b）とからなり、流出側端部目封止セル52a及び流入側端部目封止セル52bが交互に配設されることにより、排気ガス流入側端部a及び排気ガス流入側端部bに市松模様を形成している（例えば、特開2001-269585号を参照）。
　排気ガスは、図11(a)及び図11(b)に点線矢印で示すように、前記セラミックハニカムフィルタの流入側端部aが開口した流出側端部目封止セル52aに流入し、多孔質の隔壁51を通過して隣接する流入側端部目封止セル52bから排出される。排気ガスが隔壁51を通過する際に、排気ガス中のPMが隔壁に捕集され、排気ガスの浄化が行われる。
　しかしながら、特開2001-269585号に記載されるような構造でPMを捕集するタイプのセラミックハニカムフィルタは、全てのセルがそのいずれかの端部において目封止されているため、排気ガスの浄化が進行するに従って、排気ガスが通過する際の圧力損失が高くなるという問題を有していた
　ディーゼルエンジンから排出されるPMを捕集し続けると、捕集されたPMはフィルタ内に堆積し、フィルタ性能が低下するため、フィルタを加熱するなどして堆積したPMを燃焼除去してフィルタを再生させる必要がある。しかし、車両の運転状況により、多量のPMが捕集された状態でフィルタの再生を行うと、多量のPMが燃焼することで発熱が大きくなり、セラミックハニカム構造体の隔壁が溶損する場合がある。また捕集されたPMを燃焼しても、固形物であるアッシュ(灰分)が消失せずに徐々に堆積し、フィルタが目詰まりしやすくなという問題がある。
　これらを解決しようと、特開2004-251137号は、図12(a)及び図12(b)に示すような、多孔質の隔壁61により仕切られた軸方向に貫通する多数のセルを有するハニカム構造体において、一部のセル62aの一方の端部bのみに目封止部63bを有してなるセラミックハニカムフィルタ60を開示しており、前記目封止部63bを形成したセル62aの開口面積を相対的に大きくすることによって、目封止部を有しておらず一方の端面aからもう一方の端面bへ連通しているセル62bへの排ガスの流入が減り、フィルタの捕集効率の大幅な低減を回避できると記載している。しかしながら前記セラミックハニカムフィルタ60は、目封止部63bを形成したセル62aの開口面積を相対的に大きくしてPMの捕集性能を維持しようとすると、フィルタとなる隔壁の有効面積が減少するため、圧力損失性能が低下し、PMの捕集性能と圧力損失性能とを両立させることは難しい。
　従って本発明の目的は、PMの捕集性能を維持しつつ、排気ガスが通過する際の圧力損失を低く抑え、フィルタを再生しても溶損し難く、アッシュによる目詰まりが生じ難く、そのため圧力損失の上昇が小さいセラミックハニカムフィルタを得ることにある。
　上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は、従来技術のセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガスが通過する際の圧力損失が高くなること、及びアッシュ(灰分)が堆積してフィルタが目詰まりすることの原因が、流出側端部及び流入側端部に形成されている目封止部の存在であることを突き止め、さらに複数のセラミックハニカム構造体を連接することにより、セラミックハニカム構造体の端部に目封止部を形成しなくても、高いPMの捕集性能を有し、かつ排気ガスが通過する際の圧力損失が低いセラミックハニカムフィルタが得られることを見いだし、本発明に想到した。
　すなわち、排気ガス中の微粒子を除去するための本発明のセラミックハニカムフィルタは、多孔質の隔壁により仕切られた多数のセルを有する複数のセラミックハニカム構造体が、それらの端面同士を接合することにより軸方向に連接されてなり、
前記各セラミックハニカム構造体は、少なくとも１組の隣接するセラミックハニカム構造体の少なくとも一部の隔壁同士がずれて接合されており、
前記隣接するセラミックハニカム構造体の排気ガスの流通方向上流側のセラミックハニカム構造体の軸方向に垂直な断面における１つのセルの開口面積をA01、及び
下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁の上流側端面によって狭められて減少した後の前記１つのセルの開口面積をA02としたとき、
任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルの開口面積比A0(=A02/A01)の平均値が0.9以下であり、
前記下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁端面の粗さ（最大高さRz）が15μm以上、及び隔壁表面の粗さ（最大高さRz）が15μm以上であることを特徴とする。
　任意の１セルの開口面積比(A0)と、前記任意の１セルに隣接する各セルの開口面積比(A1、A2、A3、A4・・・)との差の絶対値の最大値をΔAmaxとしたとき、任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルのΔAmaxの最大値が0.1以上1未満であるのが好ましい。
　前記隣接するセラミックハニカム構造体が、前記隔壁の厚さ方向にずれて接合されており、前記ずれ幅が隔壁ピッチの0.1～0.5倍であるのが好ましい。
　前記隣接するセラミックハニカム構造体が、それらの軸を中心にして回転方向にずれて接合されており、一方のセラミックハニカム構造体の隔壁と、他方のセラミックハニカム構造体の隔壁とのなす角度が、35～55°の範囲にあるのが好ましい。
　前記セラミックハニカムフィルタは2～15個のセラミックハニカム構造体からなるのが好ましい。
　前記セルの軸方向断面が、円弧状の隅部を有する四角形状であり、一方の対向する隅部の曲率半径は他方の対向する隅部の曲率半径より大きいのが好ましい。
　前記隣接するセラミックハニカム構造体は、それぞれの端面が0.01～3 mmの間隔をおいて接合されているのが好ましい。
　前記複数のセラミックハニカム構造体の開口率は75％以下であるのが好ましい。
　前記少なくとも１組の隣接するセラミックハニカム構造体は、開口率が互いに異なっていてもよい。
　前記各セラミックハニカム構造体は、軸方向に平行する断面において、(a)隣接する隔壁同士がほぼ平行であるとともに、(b)一部又は端部が外周面に開口しているセルの数が、セラミックハニカム構造体の長さ300 mm当たり1～5個であるのが好ましい。
　複数のセラミックハニカム構造体を接合することにより軸方向に連接されてなるセラミックハニカムフィルタを製造する本発明の方法は方法は、セラミック坏土をハニカム状に押出し、所定長さに切断し、乾燥してなる複数のセラミックハニカム乾燥体を、その端面において、隔壁同士をずらして載置し、前記載置された複数のセラミックハニカム乾燥体を焼成することを特徴とする。
　前記焼成後、前記複数のセラミックハニカム構造体の外周部にコート材を一体に塗布するのが好ましい。
　複数のセラミックハニカム構造体を接合することにより軸方向に連接されてなるセラミックハニカムフィルタを製造する本発明の方法は、セラミック坏土をハニカム状に押出し、所定長さに切断し、乾燥してなる複数のセラミックハニカム乾燥体を、その端面において、隔壁同士をずらして載置し、前記載置された複数のセラミックハニカム乾燥体の外周部にコート材を一体に塗布し、焼成することを特徴とする。
　複数のセラミックハニカム構造体を接合することにより軸方向に連接されてなるセラミックハニカムフィルタを製造する本発明の方法は、セラミック坏土をハニカム状に押出し、所定長さに切断し、乾燥、及び焼成してなる複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において、隔壁同士をずらして載置し、前記載置された複数のセラミックハニカム構造体の外周部にコート材を一体に塗布することを特徴とする。
　前記セラミックハニカム構造体の端面の周縁部に接合材を配置し、前記複数のセラミックハニカム構造体が前記接合材を介して接合するのが好ましい。
　隣接するセラミックハニカム構造体を、(a)1つのセラミックハニカム構造体の端面上において、一方の外周端から他方の外周端まで形成されている任意の隔壁に、位置決め手段をほぼ一致させた後、(b)前記1つのセラミックハニカム構造体を、X方向及び／又はY方向に所定距離移動、又は軸を中心に所定角度回転させ、(c)その端面上に、他のセラミックハニカム構造体を、前記1つのセラミックハニカム構造体と同様の位置決め方法で載置することにより、隔壁同士をずらして接合するのが好ましい。
　前記位置決め手段が、金属及び／又は非金属からなる線状部材、もしくは光線であるのが好ましい。
　本発明のセラミックハニカムフィルタは、PMの捕集性能を維持しつつ、排気ガスが通過する際の圧力損失を低く抑え、燃焼によるフィルタ再生を行っても溶損し難く、アッシュで目詰まりが生じ難いので、特にディーゼルエンジンから放出される排気ガスの浄化に好適である。
本発明のセラミックハニカムフィルタの一例を示す模式断面図である。 図1(a)のセラミックハニカムフィルタを示す端面側から見た模式図である。 図1(a)のB-B断面を拡大して模式的に示す部分断面図である。 図2(a)の１セルを抜き出してセル開口面積を示す模式断面図である。 図2(a)の１セルを抜き出して、隣接するハニカム構造体の隔壁によって狭められた後のセル開口面積を示す模式断面図である。 三角形セルを有するセラミックハニカム構造体において、任意の連続する5セル×5列の一例を示す模式図である。 四角形セルを有するセラミックハニカム構造体において、任意の連続する5セル×5列の一例を示す模式図である。 六角形セルを有するセラミックハニカム構造体において、任意の連続する5セル×5列の一例を示す模式図である。 本発明のセラミックハニカムフィルタの他の一例を示す模式断面図である。 図4(a)のセラミックハニカムフィルタを示す端面側から見た模式図である。 図4(a)のC-C断面を拡大して模式的に示す部分断面図である。 図5(a)の１セルを抜き出してセル開口面積を示す模式断面図である。 図5(a)の１セルを抜き出して、隣接するハニカム構造体の隔壁によって狭められた後のセル開口面積を示す模式断面図である。 セラミックハニカム構造体の隔壁交差部を示す模式図である。 セラミックハニカム構造体の押出成形に用いる口金を成形体の出口側から見た模式図である。 セラミックハニカム構造体の端面の周縁部に、面取り及びR部を形成してなるセラミックハニカムフィルタを示す模式断面図である。 本発明の実施例25のセラミックハニカムフィルタを示す模式断面図である。 一部又は端部が外周面に開口しているセルの一例を模式的に示す軸方向に平行な断面図である。 一部又は端部が外周面に開口しているセルの他の一例を模式的に示す軸方向に平行な断面図である。 従来のセラミックハニカムフィルタの一例を示す正面図である。 従来のセラミックハニカムフィルタの一例を示す軸方向に平行な断面図である。 従来のセラミックハニカムフィルタの他の一例を示す正面図である。 従来のセラミックハニカムフィルタの他の一例を示す軸方向に平行な断面図である。 本発明のセラミックハニカムフィルタの、上流側のセラミックハニカム構造体の任意のセルの開口面積を示す模式図である。 本発明のセラミックハニカムフィルタの、接合された下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁によってふさがれ減少した後のセル開口面積を示す模式図である。 接合剤を介した接合部を有するセラミックハニカムフィルタの一例を示す模式断面図である。 図14(a)のセラミックハニカムフィルタを示す端面側から見た模式図である。 接合剤を介した接合部を有するセラミックハニカムフィルタの他の一例を示す模式断面図である。 図14(c)のセラミックハニカムフィルタを示す端面側から見た模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁厚さの方向にずらして載置する方法を示す模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁厚さの方向にずらして載置する方法を示す模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁厚さの方向にずらして載置する方法を示す模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁厚さの方向にずらして載置する方法を示す模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁厚さの方向にずらして載置する方法を示す模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁同士が回転方向にずれるように載置する方法を示す模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁同士が回転方向にずれるように載置する方法を示す模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁同士が回転方向にずれるように載置する方法を示す模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁同士が回転方向にずれるように載置する方法を示す模式図である。 複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において隔壁同士が回転方向にずれるように載置する方法を示す模式図である。
　以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、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、適宜設計の変更、改良等が加えられてもよい。
[1] セラミックハニカムフィルタ
(1)実施の態様
　図1(a)及び図1(b)に示す本発明のセラミックハニカムフィルタ10は、多孔質の隔壁1により仕切られた多数セル2を有する2つのセラミックハニカム構造体11、12が、前記セラミックハニカム構造体の端面において軸方向に接合されてなり、セラミックハニカム構造体11からセラミックハニカム構造体12に排気ガスを流通させることによって排気ガス中のPMを浄化するものである。前記2つのセラミックハニカム構造体11、12は、少なくとも一部の隔壁同士がずれて接合されており、前記排気ガスの流通方向上流側のセラミックハニカム構造体11の軸方向に垂直な断面における１つのセルの開口面積をA01、及び下流側のセラミックハニカム構造体21の隔壁121の上流側端面によって狭められて減少した後の前記１つのセルの開口面積をA02としたとき、任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルの開口面積比A0(=A02/A01)の平均値Aaveが0.9以下であり、前記下流側のセラミックハニカム構造体12の隔壁端面の粗さ（最大高さRz）が15μm以上、及び隔壁表面の粗さ（最大高さRz）が15μm以上である。なお、本願において、特に記載がない場合は、前記軸方向と排気ガスが流通する方向（セルの軸方向）とは一致する。
　このように、2つのセラミックハニカム構造体11、12が、少なくとも一部の隔壁同士がずれるような配置で接合されることにより、上流側のセラミックハニカム構造体11のセルの出口側（下流側）の開口部が、下流側のセラミックハニカム構造体12の隔壁121の一部によってふさがれ、排気ガスが流通する流路が接合部で狭められる。このため、上流側のセラミックハニカム構造体11のセルに流入した排気ガスが、前記接合部を通って下流側のセラミックハニカム構造体12のセルへ流通する際、排気ガス中のPMは、下流側のセラミックハニカム構造体12の隔壁121の上流側端面によって補足されるとともに、隣接するセルとの間で圧力差が生じ、下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁表面に捕捉される。このとき、前記隔壁端面及び隔壁表面の粗さ(最大高さRz)を15μm以上とすることにより、前記隔壁端面及び隔壁表面で排気ガス中のPMを効率よく補足することができる。セラミックハニカムフィルタ10は、PMの捕集性能を維持しつつ、入口側端面から出口側端面まで連通した流路を有しているため、排気ガスが流通する際の圧力損失を低く抑えることができる。
　本発明のセラミックハニカムフィルタにおいては、排気ガス中の大部分のPMが、接合された下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁端面及び隔壁表面に広く、より均一に捕捉されるため、従来型の目封止部を有するセラミックハニカムフィルタに比べて、フィルタを再生させるためにPMを燃焼させたときの発熱が局所的に大きくなるようなことがなく、セラミックハニカム構造体の溶損が起こりにくい。さらに、PMが燃焼した後に残るアッシュがセラミックハニカムフィルタから流出し易くなるので、フィルタの目詰まりが生じ難い。
　図1(a)に示すように、隔壁同士がずれて接合された２つのセラミックハニカム構造体11、12の外周に外周壁5を形成することにより、セラミックハニカムフィルタ10の強度を向上させることができる。
　セル開口面積比A0の算出は以下のようにして行う。接合されたセラミックハニカムフィルタの下流側端面から光を透過させ、上流側端面からセルの開口部を写真撮影する。セラミックハニカムフィルタの端面から接合部が見えにくい場合は、接合部から軸方向に10 mm程度の位置で、軸方向と垂直に接合部の両側を切断してセルの開口部を写真撮影するとよい。撮影した写真から、図2(a)～図2(c)に示すように、上流側のセラミックハニカム構造体11の軸方向に垂直な断面におけるセルの開口面積A01と、下流側のセラミックハニカム構造体12の隔壁121の上流側端面によって狭められて減少した後の前記セルの開口面積A02とを算出し、(A02/A01)として各セルの開口面積比A0を算出する。ここで、開口面積A02は、図2(c)に示すように、上流側のセラミックハニカム構造体11の軸方向に垂直な断面におけるセルの開口部に投影される下流側のセラミックハニカム構造体12の隔壁121の上流側端面の面積を、開口面積A01から引いたものである。これらのセルの開口面積A01及びA02の算出は画像解析装置で行うのが好ましい。
　図3(a)～図3(c)はそれぞれ三角形セル、四角形セル及び六角形セルからなるハニカム構造体における、任意の連続する5セル×5列（=25セル）の例を示す。すなわち任意の連続する5セル×5列とは、任意に「連続する5セル」を選択し、前記「連続する5セル」と同様のパターンで選択した連続する5列の「連続する5セル」を言う。三角形セル、四角形セル及び六角形セル以外の場合でも、同様にして任意の連続する5セル×5列を選択することができる。
　前記開口面積比A0(=A02/A01)の平均値Aaveは0.85以下であるのが好ましく、0.80以下であるのがさらに好ましい。下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁端面及び隔壁表面の粗さ(最大高さRz)は20μm以上であるのが好ましく、25μm以上であるのがさらに好ましい。前記開口面積比A0(=A02/A01)の平均値Aave、並びに前記隔壁端面及び隔壁表面の粗さを上記のような範囲に設定することにより、前記隔壁端面及び隔壁表面での排気ガス中のPMの捕捉効率がより向上する。
　任意の１セルの開口面積比(A0)と、前記任意の１セルに隣接する各セルの開口面積比(A1、A2、A3、A4・・・)との差の絶対値の最大値をΔAmaxとしたとき、任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルのΔAmaxの最大値が0.1以上1未満であるのが好ましく、0.2以上0.5以下であるのがさらに好ましい。前記任意の１セルの開口面積比(A0)と、前記任意の１セルに隣接する各セルの開口面積比(A1、A2、A3、A4・・・)との差の絶対値が大きいほど隣接するセルとの間で生じる圧力差が大きくなり、下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁表面に捕捉されるPMが多くなる。またあまり前記差の絶対値が大きくなりすぎると、圧力損失が高くなってしまう。
　ここで、任意の１セルに隣接する各セルにおける開口面積比とは、例えば、四角形セルの場合、図13(a)に示すように、上流側のセラミックハニカム構造体11において、セル開口面積A01を有する任意の１セルに隣接する４つのセルの各開口面積A11、A21、A31及びA41に対する、下流側のセラミックハニカム構造体12の隔壁121の上流側端面によって狭められて減少した後の前記各セルの開口面積A12、A22、A32及びA42の割合、すなわちA1=(A12/A11)、A2=(A22/A21)、A3=(A32/A31)、及びA4=(A42/A41)である。任意の１セルの開口面積比(A0)と、前記任意の１セルに隣接する各セルの開口面積比(A1、A2、A3、A4)との差の絶対値とは、(A0-A1)、(A0-A2)、(A0-A3)及び(A0-A4)の絶対値であり、これらの値のうち最大のものをΔAmaxとする。さらに任意の連続する5セル×5列（=25セル）の各セルについて前記ΔAmaxを求め、それらのうちの最大値で評価する。
　本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルの開口面積比A0(=A02/A01)の平均値を0.9以下とするための態様として、例えば、図2(a)に示すように、前記隣接するセラミックハニカム構造体11,12を、前記隔壁111,121の厚さ方向にずらして接合する態様（態様A）が挙げられる。前記ずれ幅、すなわち図2(a)に示すように、セラミックハニカム構造体11の隔壁111と、セラミックハニカム構造体12の隔壁121との距離X又はYは、隔壁ピッチの0.1～0.5倍であるのが好ましい。前記ずれ幅が隔壁ピッチの0.1倍以上であることで、上流側のセラミックハニカム構造体11のセルに流入した排気ガス中のPMが、下流側のセラミックハニカム構造体12の隔壁121の上流側端面によって補足されやすくなるとともに、隣接するセルとの間で生じる圧力差が大きくなり、下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁表面に捕捉されるPM量が増える。一方、隔壁同士の距離の最大は、隔壁ピッチの0.5倍となることから、前記ずれ幅の最大値は隔壁ピッチの0.5倍である。
　前記任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルの開口面積比A0(=A02/A01)の平均値を0.9以下とするための別の態様として、図4(a)、図4(b)及び図5(a)～図5(c)に示すように、各セラミックハニカム構造体をそれらの軸を中心に回転させて接合する態様（態様B）が挙げられる。このとき、一方のセラミックハニカム構造体11の隔壁111と、他方のセラミックハニカム構造体12の隔壁121とのなす角度θが、35～55°の範囲であるのが好ましい。
　また隣接するセラミックハニカム構造体を、前記隔壁の厚さ方向に、前記隔壁ピッチの0.1～0.5倍の距離ずらすとともに、一方のセラミックハニカム構造体の隔壁と、他方のセラミックハニカム構造体の隔壁とのなす角度θが35～55°の範囲となるようにセラミックハニカム構造体の軸を中心に回転させて接合する態様（態様C）であってもよく、さらに隔壁ピッチが異なるセラミックハニカム構造体を組み合わせて接合する態様（態様D）、又は隔壁ピッチが異なるセラミックハニカム構造体を、セラミックハニカム構造体の軸を中心に回転させて接合する態様（態様D）とすることも可能である。
　なお前述の態様Cは、一方のセラミックハニカム構造体の隔壁と、他方のセラミックハニカム構造体の隔壁とのなす角度θが35～55°の範囲であり、かつ隣接するセラミックハニカム構造体の対向する端面の各中心が隔壁ピッチの0.1～0.5倍の距離ずれている状態である。
(2)その他の態様
　セラミックハニカム構造体が2個接合されている態様について説明したが、3個以上のセラミックハニカム構造体を、それらの端面同士を接合することにより軸方向に連接されたセラミックハニカムフィルタとすることもできる。接合されるセラミックハニカム構造体の数が多くなれば、PMを捕捉することができる下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁端面の数が増加するため、PMの捕集性能が向上する。しかし、接合されるセラミックハニカム構造体の数が多くなれば、排気ガスが流通する際の圧力損失が高くなるので、連接するセラミックハニカム構造体は2～15個であるのが好ましく、2～12個であるのがより好ましい。
　3個以上のセラミックハニカム構造体が連接されてなる態様の場合、少なくとも１組の隣接するセラミックハニカム構造体の隔壁同士がずれて接合されている必要がある。PMの捕集性能をさらに向上させるためには、全ての接合部において隣接する隔壁同士がずれているのが好ましい。各接合部における隣接するセラミックハニカム構造体同士のずらし方は、全ての接合部で同一である必要はなく、隔壁の厚さ方向にずらす方法、軸を中心に回転させる方法、隔壁ピッチの異なるセラミックハニカム構造体を組み合わせる方法、それらの組み合わせた方法等を適宜選択することができる。
　本発明のセラミックハニカムフィルタは、セルの軸方向断面が、円弧状の隅部を有する四角形状であるのが好ましい。セルの隅部が円弧状であることにより、接合部での強度が向上するとともに、接合部における下流側セラミックハニカム構造体の隔壁端面の面積が増加し、隔壁端面にPMが捕捉されやすくなる。さらに、流路が接合部においてより狭まるため、隣接するセルとの間に生じる圧力差が大きくなり、排気ガス中のPMが隔壁表面に捕捉されやすくなる。さらに、図6に示すように、一方の対向する隅部の曲率半径R1,R1が他方の対向する隅部の曲率半径R2,R2より大きいのが好ましい。このように隅部の曲率半径を構成することにより、隣接するセルとの間で生じる圧力差が大きくなり、排気ガス中のPMが隔壁に捕捉され易くなる。その結果、PMの捕集性能を良好に維持することができる。
　隣接するセラミックハニカム構造体は、それぞれの端面が0.01～3 mmの間隔をおいて接合されているのが好ましい。接合部に所定の間隔を設けることにより、下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁端面に捕捉されたPMが堆積できる空間が広く形成されるため、PMの捕集性能が向上する。さらに、排気ガスが流通する際の圧力損失を低く抑えることができる。ただし、前記隣接するセラミックハニカム構造体の端面の間隔が3 mmを超えると、排気ガスの流路が接合部で狭められることによって生じる隣接するセル間での圧力差が小さくなり、排気ガス中のPMが隔壁表面に捕捉され難くなり、セラミックハニカムフィルタのPM捕集性能が低下してしまう。なお前記間隔の形成方法については後述する。
　各セラミックハニカム構造体の開口率は75％以下であるのが好ましい。前記開口率を75％以下とすることにより、PMの捕集性能を維持しつつ、排気ガスが流通する際の圧力損失を低く抑えることができる。前記開口率が75％を超えると、セラミックハニカム構造体の強度が低下し、複数のセラミックハニカム構造体を接合することが困難となる。排気ガスが流通する際の圧力損失を低く抑えるには、前記開口率は40％以上であるのが好ましい。
　本発明のさらに他の態様として、互いに開口率が異なるセラミックハニカム構造体を接合して複数のセラミックハニカム構造体からなるセラミックハニカムフィルタを構成しても良い。このような構成とすることにより、排気ガスの流路が接合部で狭められることによって生じる隣接するセル間での圧力差が大きくなり、PMが良好に捕集されつつ、排気ガスが流通する際の圧力損失を低く抑えることができる。
　図10(a)又は図10(b)に示すように、セラミックハニカム構造体の軸方向に平行な断面において、隣接する隔壁1同士がほぼ平行であるのが好ましい。さらに、前記断面において、一部又は端部が外周面4に開口しているセル2outがセラミックハニカム構造体の長さ300 mm当たり1～5個であるのが好ましい。外周面4に開口しているセル2outが1～5個存在すると、軸方向に対して隔壁が傾いているので、排気ガス中のPMは下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁端面や隔壁表面の全域で捕捉され易くなる。そのため、PMが良好に捕集されつつ、排気ガスが流通する際の圧力損失を低く抑えることができる。ただし、前記外周面4に開口しているセル2outが6個以上存在する場合、排気ガスが流通する際の圧力損失が大きくなるため好ましくない。
　接合されたセラミックハニカム構造体のうち下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁端面や隔壁表面でのPMの捕捉率を向上させるためには、セラミックハニカム構造体の気孔率が50～80%、隔壁厚さが0.2～0.5 mm、及びセルピッチが1～3 mmであるのが好ましい。さらに好ましくは、気孔率は55～70％、隔壁厚さは0.25～0.45 mmであり、及びセルピッチは1.2～2 mmである。
[2] セラミックハニカムフィルタの製造方法
(1)第一の方法
　本発明のセラミックハニカムフィルタは、(a)セラミック原料にバインダー、潤滑剤、造孔材、水等を添加して混合及び混練し可塑化したセラミック坏土を得る工程、(b)このセラミック坏土をハニカム状の押出成形用金型で押出して得られた所定長さのセラミックハニカム成形体を乾燥し、セラミックハニカム乾燥体を得る工程、(c)このセラミックハニカム乾燥体の端面を、軸方向とほぼ垂直に砥石等で研削する工程、(d) 前記研削した複数のセラミックハニカム乾燥体を、その端面において隔壁同士をずらして載置し、載置された状態の複数のセラミックハニカム乾燥体を焼成する工程によって製造される。さらに(e)焼成後の連接された複数のセラミックハニカム構造体の外周部にコート材を塗布する工程を有しても良い。
(a) セラミック坏土を得る工程
　セラミック原料に、バインダー、潤滑剤、造孔材、水を添加して混合、混練を行って、可塑化したセラミック坏土を作製する。セラミック原料は、コーディエライト、コーディエライト化原料、炭化珪素、珪素-炭化珪素系複合材料、窒化珪素、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素-コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種であるのが好ましい。これらの中でも、コージェライト化原料が好ましい。
　コージェライト化原料とは、焼成によりコージェライトとなる原料を意味し、42～56質量％のSiO2、30～45質量％のAl2O3、及び12～16質量％のMgOを含む化学組成となるように配合されたセラミックス原料である。具体的にはタルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム及びシリカの中から選ばれた複数の無機原料を前記化学組成となるような割合で含むものが挙げられる。
　隔壁端面や隔壁表面の粗さ(最大高さRz)が15μm以上であるセラミックハニカム構造体を得るためには、前記造孔材として5～70μmの平均粒子径を有する材料を用いるのが好ましい。造孔材の使用により、焼成後のセラミックハニカム構造体の隔壁端面や隔壁表面に細孔が形成され、その表面粗さを大きくすることができる。造孔材としては、表面粗さを大きくすることができる材料であれば特に限定されないが、グラファイト、樹脂、発泡済み樹脂、発泡性樹脂、セラミックコーティング樹脂、コーンスターチ、小麦粉等を用いることができる。
(b) 成形及び乾燥工程
　得られたセラミック坏土をハニカム状の押出成形用金型で押出して、所定長さに切断したセラミックハニカム成形体を、熱風炉、熱処理炉、マイクロ波等で乾燥して、セラミックハニカム乾燥体を作製する。
　ここで、押出成形用金型は、図7に示すように、押出成形用口金31に形成された成形溝32が交差する部分の角部に、R1及びR2の曲率半径を有する曲面(R部)を形成することで、図6に示すような、隅部が円弧状で、一方の対向する隅部の曲率半径R1が他方の対向する隅部の曲率半径R2より大きな四角形状のセルを有するセラミックハニカム乾燥体を形成することができる。
(c) 端面の研削工程
　得られたセラミックハニカム乾燥体の端面を、軸方向とほぼ垂直となるように砥石等で研削する。隔壁端面の粗さ(最大高さRz)を15μm以上とするためには、前記造孔材を用いて製造されたセラミックハニカム部材の場合、粒度が＃50～＃270程度の砥石を用いるのが好ましく、造孔材を使用しない場合は、比較的粒度の粗い砥石を用いるのが好ましい。
(d)焼成工程
　研削した複数のセラミックハニカム乾燥体を、その端面において隔壁同士をずらして載置し、載置された状態の複数のセラミックハニカム乾燥体を焼成することにより、隔壁同士がずれて接合されたセラミックハニカムフィルタが得られる。
(e)コート材の塗布工程
　焼成後、複数のセラミックハニカム構造体が連接してなるセラミックハニカムフィルタの外周部にコート材を塗布することにより、複数のセラミックハニカム構造体が一体化され、セラミックハニカム構造体同士の接合部において破損し難くなる。
　コート材としては、セラミック原料にバインダー、水を混合したものを用いることができる。セラミック原料としては、前記セラミックハニカム構造体と同材質であっても、異なる材質であっても良く、コーディエライト、コーディエライト化原料、炭化珪素、珪素-炭化珪素系複合材料、窒化珪素、ムライト、アルミナ、シリカ、スピネル、炭化珪素-コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム等を用いることができる。
(2)第二の方法
　第一の方法において、乾燥し、端面を研削した複数のセラミックハニカム乾燥体を、その端面において隔壁同士をずらして載置し、載置された複数のセラミックハニカム乾燥体の外周部に前述のコート材を一体に塗布し、その後焼成して、壁同士がずれて接合されたセラミックハニカムフィルタを作製しても良い。この方法の場合、セラミックハニカム構造体とコート材とが焼成一体化されているため、セラミックハニカム構造体の接合部の強度が高まり、より強固なセラミックハニカムフィルタが得られる。
(3)第三の方法
　第一の方法において、乾燥してなる複数のセラミックハニカム乾燥体を焼成し、セラミックハニカム構造体を得た後に、その端面において隔壁同士をずらして載置し、載置された状態の複数のセラミックハニカム構造体の外周部にコート材を一体に塗布することで、隔壁同士がずれて接合されたセラミックハニカムフィルタを作製しても良い。なお端面の研削は、焼成前に行っても良いし焼成後に行っても良い。
(4)その他の方法
(i)周縁部の面取り及びR部形成
　図8に示すように、複数のセラミックハニカム構造体11,12,13,14の端面の周縁部に、面取り6又はR部7を形成してもよい。周縁部に、面取り6又はR部7を形成した複数のセラミックハニカム構造体11,12,13,14を、隔壁同士をずらして載置し、載置された状態でそれらの外周部にコート材を塗布することにより、セラミックハニカム構造体の外周部よりも接合部でコート材が厚く形成されるので、接合部の強度を高めることができる。なお、前記面取り6、又はR部7は、セラミックハニカム構造体の乾燥後に形成しても良いし、焼成後に形成してもよい。
(ii) 外周面に開口しているセルの形成
　図10に示すような、軸方向に平行する断面において一部又は端部が外周面に開口しているセルがセラミックハニカム構造体の長さ300 mm当たり1～5個存在するセラミックハニカム構造体は、例えば、前述の様にして得られたセラミックハニカム乾燥体の外周部を加工除去することによって得られる。このとき、加工後のセラミックハニカム乾燥体の軸方向が、セル2の軸方向に対して所定の角度で傾くように外周部の加工除去を行う。加工後のセラミックハニカム乾燥体の両端部を、セラミックハニカム乾燥体の軸方向に垂直に加工することによって、前記軸方向に平行する断面において一部又は端部が外周面に開口しているセルを有するセラミックハニカム構造体を得ることができる。前記一部又は端部が外周面に開口しているセルの数がセラミックハニカム構造体の長さ300 mm当たり1～5個となるようにするには、セラミックハニカム乾燥体の軸方向と、セル2の軸方向との角度を調節することにより適宜行う。なお、外周部の加工除去は、セラミックハニカム乾燥体の焼成後に行ってもよい。
　軸方向に平行する断面において一部又は端部が外周面に開口しているセルがセラミックハニカム構造体の長さ300 mm当たり1～5個存在するセラミックハニカム構造体を作製する他の方法としては、押出成形機により縦方向(重力方向)にセラミックハニカム体を押出す過程で、押し出されたセラミックハニカム体の下端部で、その重量を支えるために付加する保持力の方向、大きさを調整することにより、軸方向に対してセルを湾曲させる方法が挙げられる。このようにして得られた、軸方向に対してセルが湾曲したセラミックハニカム体を乾燥し、加工後のセラミックハニカム乾燥体の軸方向が、セル2の軸方向に対して所定の角度で傾くように外周部の加工除去を行う。このセラミックハニカム乾燥体の両端部を、セラミックハニカム乾燥体の軸方向に垂直に加工することによって、前記軸方向に平行する断面において一部又は端部が外周面に開口しているセルがセラミックハニカム構造体の長さ300 mm当たり1～5個存在するセラミックハニカム構造体を得ることができる。なお、外周部の加工除去は、セラミックハニカム乾燥体の焼成後に行ってもよい。
(iii)接合材
　隔壁同士をずらして載置された複数のセラミックハニカム構造体は、接合材を介して載置することもできる。接合材を使用することにより、セラミックハニカム構造体の接合部が強化され、接合部において破損し難くなる。図14(a)及び図14(b)に示すように、接合材21は、隣接するセラミックハニカム構造体11、12の端面の周縁部に配置するのが好ましい。接合材21が配置される、セラミックハニカム構造体の端面の周縁部とは、端面の最外周部から内側に、セルピッチの5倍の範囲内を言う。接合材21は、乾燥されたセラミックハニカム構造体に配置しても良いし、焼成後のセラミックハニカム構造体に配置しても良い。また、図14(c)及び図14(d)に示すように、接合材は、前記周縁部の全域に配置する必要はなく、接合部の接着強度に応じて周縁部の所望部位のみに配置させても良い。
　前記接合材としては、セラミック原料にセラミックファイバー、無機バインダー等を混合したもの、又は耐熱性を有するセラミックファイバー、セラミックス粒子、セメント等を単独で、あるいは混合して用いることができる。さらに必要に応じて有機バインダー、無機バインダー等を混合してもよい。前記セラミック原料としては、セラミックハニカム構造体と同材質であっても、異なる材質であっても良く、コーディエライト、コーディエライト化原料、炭化珪素、珪素-炭化珪素系複合材料、ムライト、アルミナ、シリカ、スピネル、炭化珪素-コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種を用いることができる。
　図14(a)～図14(d)に示すように、前記接合材21を介してセラミックハニカム構造体11、12を載置することで、セラミックハニカム構造体11、12の端面間を0.01～3 mmの間隔とすることができる。端面上に配置した接合材21は、端面のセル内にも一部配置されても良く、その結果、セラミックハニカム構造体同士を強固に接合することができる。
(iv)隔壁同士をずらして載置する方法
　複数のセラミックハニカム構造体を、端面において隔壁同士をずらして載置する方法について説明する。セラミックハニカム構造体の端面を切削又は研削加工して、セラミックハニカム構造体の軸方向長さを所定の長さにする。前記軸方向長さは、接合後のセラミックハニカムフィルタの全長及びセラミックハニカム構造体の数によって適宜決めることができ、全てのセラミックハニカム構造体の軸方向長さを同一にすることが好ましいが、必ずしも全てのセラミックハニカム構造体の軸方向長さを同一にする必要はなく、軸方向長さの異なるセラミックハニカム構造体を混用しても構わない。なお端面の加工は、セラミックハニカム構造体の乾燥後、未焼成の状態で行っても良いし、焼成後に行ってもよい。
　図15(a)～図15(e)及び図16(a)～図16(e)は、複数のセラミックハニカム構造体を、端面において隔壁同士をずらして載置し、接合するための接合装置80を示す。接合装置80は、セラミックハニカム構造体を載置するためのテーブル81と、前記テーブル81に載置したセラミックハニカム構造体の位置決め手段とから構成される。テーブル81は、水平面上をX、Y方向に移動することができるとともに、テーブル81の中心を軸として回転することができる。位置決め手段には、金属及び/又は非金属からなる線状部材、もしくは光線を用いたものが挙げられ、金属及び/又は非金属からなる線状部材としては、鋼線、銅線、セラミック繊維線、ナイロン（登録商標）繊維、糸、紐等を使用することができ、光線として、ビーム光線、レーザー光線等を使用することができる。図15(a)～図15(e)及び図16(a)～図16(e)は、位置決め手段として2つのレーザー光源82、83を用いた接合装置80の例を示す。2つのレーザー光源82、83は、各レーザー光源82、83から水平方向に発射される光の光軸821、831が互いに直交するように、それぞれ支柱84、85に上下方向に移動可能に支持されており、任意の位置で固定することができる。
(A) 隔壁厚さ方向にずらす方法
　複数のセラミックハニカム構造体を、端面において隔壁同士が隔壁厚さの方向にずれるように載置する方法を、図15(a)～図15(e)を参照しながら以下(a1)～(e1)に説明する。
(a1)レーザー光源82、83を1個目のセラミックハニカム構造体11の軸方向長さにほぼ対応する高さに固定し、前記1個目のセラミックハニカム構造体11を一方の端面を下にして前記テーブル81上に載置し、他方の端面上において一方の外周端から他方の外周端まで形成されている任意の隔壁111-2とレーザー光源82から発射されたレーザー光の光軸821とがほぼ一致し、かつ前記任意の隔壁111-2に直交する隔壁111-3とレーザー光源83から発射されたレーザー光の光軸831とがほぼ一致するように位置決めする(図15(a))。
(b1)前記テーブル81をX方向及び／又はY方向（互いに直交する隔壁厚さ方向）に、隔壁ピッチの0.1～0.5倍の範囲で移動する(図15(b))。
(c1)レーザー光源82、83を2個目のセラミックハニカム構造体12の軸方向長さにほぼ対応する高さまでさらに移動して固定し、前記2個目のセラミックハニカム構造体12を、一方の端面を下にして前記1個目のセラミックハニカム構造体12の上に、その他方の端面上において一方の外周端から他方の外周端まで形成されている任意の隔壁111-2とレーザー光源82から発射されたレーザー光の光軸821とがほぼ一致し、かつ前記任意の隔壁111-2に直交する隔壁111-3とレーザー光源83から発射されたレーザー光の光軸831とがほぼ一致するように載置する(図15(c))。
(d1)テーブル81をX方向及び／又はY方向に、隔壁ピッチの0.1～0.5倍の範囲で移動させる(図15(d))。
(e1)同様にして、3個目のセラミックハニカム構造体13を、前記レーザー光源82、83を用いた位置決め手段により前記2個目のセラミックハニカム構造体12の上に載置し(図15(e))、テーブル81の移動を行う。
　セラミックハニカム構造体を4個以上連接する場合は、以降(c1)及び(d1)と同様の操作を繰り返すことで、所望の数のセラミックハニカム構造体を載置することができる。
(B)軸を中心に回転方向にずらす方法
　複数のセラミックハニカム構造体を、端面において隔壁同士が回転方向にずれるように載置する方法を、図16(a)～図16(e)を参照しながら以下(a2)～(e2)に説明する。
(a2)レーザー光源82を1個目のセラミックハニカム構造体11の軸方向長さにほぼ対応する高さに固定し、前記1個目のセラミックハニカム構造体11を一方の端面を下にして、軸を前記テーブル81の中心に合わせてに載置し、他方の端面上において一方の外周端から他方の外周端まで形成されている任意の隔壁111-2とレーザー光源82から発射されたレーザー光の光軸821とがほぼ一致するように載置する(図16(a))。
(b2)テーブル81を35～55°の角度範囲で回転させる(図16(b))。
(c2)レーザー光源82を2個目のセラミックハニカム構造体12の軸方向長さにほぼ対応する高さまでさらに移動して固定し、前記2個目のセラミックハニカム構造体12を、一方の端面を下にして前記1個目のセラミックハニカム構造体12の上に、その他方の端面上において一方の外周端から他方の外周端まで形成されている任意の隔壁111-2とレーザー光源82から発射されたレーザー光の光軸821とがほぼ一致するように載置する(図16(c))。
(d2)テーブル81を35～55°の角度範囲で回転させる(図16(d))。
(e2)同様にして、3個目のセラミックハニカム構造体13を、前記レーザー光源82を用いた位置決め手段により前記2個目のセラミックハニカム構造体12の上に載置し(図16(e))、テーブル81を所定角度回転させる。
　セラミックハニカム構造体を4個以上連接する場合は、以降(c2)及び(d2)と同様の操作を繰り返すことで、所望の数のセラミックハニカム構造体を載置することができる。
　上記の説明では、レーザー光源を用いた位置決め手段の例を示したが、セラミックハニカム構造体の端面上において、一方の外周端から他方の外周端まで形成されている任意の隔壁とほぼ一致させることができる手段であれば、例えば鋼線、銅線、セラミック繊維線、ナイロン（登録商標）繊維、糸、紐等の線状部材、レーザー光以外の光線等を用いても同様にして位置決めが可能である。
実施例
　本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　カオリン、タルク、シリカ、アルミナ粉末を調整し、化学組成が51質量％のSiO2、35質量％のAl2O3、及び14質量％のMgOを含むコージェライト生成原料粉末を得た。このコージェライト生成原料粉末100質量部に対して、8質量部のバインダー（メチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロース）、潤滑剤、及び7.0質量部の造孔材（平均粒子径40μmの発泡済み樹脂）を添加し、乾式で十分混合した後、水を添加して混練し、可塑性のあるセラミック杯土を作製した。
　図7に示すような成形溝が交差する部分の角部にR1=0.05 mm及びR2=0.02 mmの曲率半径の曲面(R部)を有する押出成形用金型を用いて前記セラミック坏土を押出し、所定の長さに切断して得られたセラミックハニカム体を、マイクロ波乾燥機で20分間乾燥して、0.30 mmの隔壁厚さ、180セル/inch2のセル密度、1.89 mmの隔壁ピッチ、71%の開口率、セル断面の対向する隅部の曲率半径R1=0.05 mm及びR2=0.02 mm（図6を参照）を有するセラミックハニカム乾燥体を得た。このセラミックハニカム乾燥体の外周部を、加工後の乾燥体の軸方向が、セルの軸方向に対して所定の角度で傾くように加工し、300 mmの長さ及び270 mmの外径を有するセラミックハニカム乾燥体Aとした。このとき、加工後の乾燥体の軸方向に平行する断面において、一部又は端部が外周面に開口してるセル数は2個であった。
　押出成形用金型の成形溝厚さ及びピッチ、並びに乾燥体の外周部の加工角度を変更した以外セラミックハニカム乾燥体Aと同様にして、表1に示すような構造を有するセラミックハニカム乾燥体B～Mを作製した。なお、セラミックハニカム乾燥体E及びＦは造孔材の使用量を5.0質量部に減らして作製したセラミック杯土を使用したものであり、セラミックハニカム乾燥体Mは前記R部を有さない押出成形用金型を用いて作製したものである。
　これらの未焼成のセラミックハニカム乾燥体A～Mを、焼成炉で8日間かけて最高温度1410℃で焼成し、セラミックハニカム構造体A～Mを得た。なお必要に応じてこれらの未焼成のセラミックハニカム乾燥体A～M及び焼成後のセラミックハニカム構造体A～Mは、150 mm、75 mm、37.5 mm及び25 mmの長さに切断して使用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表1（続き）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
実施例1
　接合装置80（図15(a)～図15(e)を参照）を用いて、長さが150 mmの２個のセラミックハニカム乾燥体Cを、端面同士が当接し、両乾燥体の隔壁同士が、隔壁厚さ方向（図2(a)に示すX及びYの両方向）に隔壁ピッチの0.3倍ずつずれるように載置した。このとき対向する端面間には、接合材を使用しなかった。載置した状態の２個のセラミックハニカム乾燥体を、焼成炉で8日間かけて最高温度1410℃で焼成した。焼成後のセラミックハニカム構造体の外周部に、コーディエライト、バインダー及び水からなるスラリーをコート及び乾燥し、270 mmの外径及び300 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例2
　両乾燥体の隔壁同士が、両乾燥体の軸を中心にして回転方向に45°ずれるように載置した以外実施例1と同様にして、270 mmの外径及び300 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例3
　接合装置80を用いて、長さが150 mmの２個のセラミックハニカム乾燥体Cを、端面同士が当接し、両乾燥体の隔壁同士が、隔壁厚さ方向（図2(a)に示すX及びYの両方向）に隔壁ピッチの0.1倍ずつずれるよう、コーディエライト化原料、バインダー及び水からなる接合材を介して載置した。前記接合材は、セラミックハニカム乾燥体Cの端面の周縁部からセルピッチの2倍の幅で配置した（図14(a)及び図14(b)を参照）。載置した状態の2個のセラミックハニカム乾燥体を、焼成炉で8日間かけて最高温度1410℃で焼成し、266.7 mmの外径及び301 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例9
　接合装置80（図16(a)～図16(e)を参照）を用いて、両乾燥体の隔壁同士が、両乾燥体の軸を中心にして回転方向に10°ずれるように載置した以外実施例3と同様にして、266.7 mmの外径及び301 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例15
　両乾燥体の隔壁同士が、隔壁厚さ方向（図2(a)に示すX及びYの両方向）に隔壁ピッチの0.1倍ずつ、及び両乾燥体の軸を中心にして回転方向に10°ずれるように載置した以外実施例3と同様にして、266.7 mmの外径及び301 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例4、10及び16
　ずれ量をそれぞれ表2に示すように変更し、焼成後のセラミックハニカム構造体の外周部に、コーディエライト、バインダー及び水からなるスラリーをコートした（実施例1を参照）以外実施例3、9及び15と同様にして、270 mmの外径及び301 mmの長さを有する実施例4、10及び16のセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例5及び11
　セラミックハニカム乾燥体Cの代わりにセラミックハニカム乾燥体Dを使用した以外は実施例4及び10と同様にして、それぞれ270 mmの外径及び301 mmの長さを有する実施例5及び11のセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例6
　接合装置80を用いて、長さが75 mmの２個のセラミックハニカム乾燥体D及び長さが75 mmの2個のセラミックハニカム乾燥体Jを、端面同士が当接し、各接合面のずれ量が隔壁厚さ方向（図2(a)に示すX及びYの両方向）に隔壁ピッチの0.3倍ずつとなるように、コーディエライト化原料、バインダー及び水からなる接合材を介してセラミックハニカム乾燥体D、D、J、Jの順に載置した。前記接合材は、セラミックハニカム乾燥体の端面の周縁部からセルピッチの2倍の幅で、端面から3 mmのセル内にまで配置した。載置した状態の4個のセラミックハニカム乾燥体を、焼成炉で8日間かけて最高温度1410℃で焼成し、270 mmの外径及び303 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例7
　各接合面のずれ量を隔壁ピッチの0.4倍（XY両方向）ずつとなるように変更した以外実施例6と同様にして、270 mmの外径及び303 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例8
　ハニカム乾燥体D、D、J、Jを順に、ハニカム乾燥体D-D間のずれ量を隔壁ピッチの0.1倍（XY両方向）、ハニカム乾燥体D-J間のずれ量を隔壁ピッチの0.3倍（XY両方向）、及びハニカム乾燥体J-J間のずれ量を隔壁ピッチの0.1倍（XY両方向）となるように載置した以外実施例6と同様にして、270 mmの外径及び303 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例12及び13
　ハニカム乾燥体D、D、J、Jの代わりに、ハニカム乾燥体D、D、I、Iを使用し、ずれ量を表2に示すように変更した以外は実施例6と同様にして、270 mmの外径及び303 mmの長さを有する実施例12及び13のセラミックハニカムフィルタを各２個作製した。
実施例14
　ハニカム構造体D、D、J、Jを順に、ハニカム乾燥体D-D間のずれ量を回転方向に10°、ハニカム乾燥体D-J間のずれ量を回転方向に45°、及びハニカム乾燥体J-J間のずれ量を回転方向に10°となるように載置した以外実施例6と同様にして、270 mmの外径及び303 mmの長さを有する実施例14のセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例17、21及び22
　接合装置80を用いて、長さが75 mmの4個の焼成済みのハニカム構造体Dを、端面同士が当接し、各接合面の隔壁が表2に示すずれ量となるように、コーディエライトからなる接合材を介して載置した。前記接合材は、セラミックハニカム構造体Dの端面の周縁部からセルピッチの2倍の幅で、端面から3 mmのセル内にまで配置した。連接する4個のセラミックハニカム構造体Dの外周部に、シリカ、バインダー及び水からなるスラリーをコート及び乾燥し、270 mmの外径及び303 mmの長さを有する実施例17のセラミックハニカムフィルタ、270 mmの外径及び301.5 mmの長さを有する実施例21のセラミックハニカムフィルタ、及び270 mmの外径及び307.5 mmの長さを有する実施例22のセラミックハニカムフィルタを作製した。なお、隔壁厚さ方向のずれは、X方向及びY方向の両方向に対して行った。
実施例18
　長さが75 mmの焼成済みのハニカム構造体Dの代わりに、長さが75 mmの焼成済みのハニカム構造体Eを用いた以外実施例17と同様にして、270 mmの外径及び303 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例19
　長さが75 mmの焼成済みのハニカム構造体Dの代わりに、長さが75 mmの焼成済みのハニカム構造体Fを用いた以外実施例17と同様にして、270 mmの外径及び303 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例20
　長さが75 mmの焼成済みのハニカム構造体Dの代わりに、長さが75 mmの焼成済みのハニカム構造体Gを用いた以外実施例17と同様にして、270 mmの外径及び303 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例23
　長さが75 mmの4個の焼成済みのハニカム構造体Dの代わりに、長さが75 mmの焼成済みのハニカム構造体B、D、H、Jを順に連接した以外実施例17と同様にして、270 mmの外径及び303 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例24
　接合装置80を用いて、両端面の周縁部を3 mm面取りした長さが37.5 mmの焼成済みのハニカム構造体A、B、D、H、I、J、K及びL（合計8個）を順に、端面同士が当接し、各接合面の隔壁が表2に示すずれ量となるように、コーディエライトからなる接合材を介して載置した。前記接合材は、セラミックハニカム構造体の端面の周縁部からセルピッチの3倍の幅で、端面から3 mmのセル内にまで配置した。連接するセラミックハニカム構造体A、B、D、H、I、J、K及びL（合計8個）の外周部に、シリカ、バインダー及び水からなるスラリーをコート及び乾燥し、270 mmの外径及び307 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。なお、隔壁厚さ方向のずれは、X方向及びY方向の両方向に対して行った。
実施例25
　長さが37.5 mmの焼成済みのハニカム構造体A、B、D、H、I、J、K及びLの代わりに、両端面の周縁部を3 mm面取りした長さが25 mmの12個の焼成済みのハニカム構造体Dを連接した以外実施例24と同様にして、270 mmの外径及び311 mmの長さを有する図9に示す構成のセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例26
　両端面の周縁部を3 mm面取りした長さが25 mmの焼成済みのハニカム構造体Dを13個使用した以外実施例25と同様にして、270 mmの外径及び337 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例27
　両端面の周縁部を3 mm面取りした長さが25 mmの12個の焼成済みのハニカム構造体Dを、各接合面が回転方向に45°ずれるように接合し、隣接するハニカム構造体の端面の隙間を、上流側から順に3.0 mm、3.0 mm、3.0 mm、3.0 mm、2.0 mm、2.0 mm、2.0 mm、2.0 mm、1.0 mm、1.0 mm及び1.0 mmとした以外実施例25と同様にして、270 mmの外径及び323 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
実施例28
　接合装置80を用いて、両端面の周縁部を3 mm面取りした長さが25 mmの焼成済みの6個のハニカム構造体Dを、各接合面が回転方向に45°のずれ量で、隙間が2.0 mmとなるようにコーディエライトからなる接合材を介して連接し、セラミックハニカムフィルタの上流側部材を得た。前記接合材は、セラミックハニカム構造体の端面の周縁部からセルピッチの3倍の幅で、端面から3 mmのセル内にまで配置した。同様に、各接合面の隙間を1.0 mmとした以外、前記上流側部材と同様にして、6個のハニカム構造体Dからなるセラミックハニカムフィルタの下流側部材を得た。得られた上流側部材と下流側部材とを、回転方向に45°のずれ量で、隙間が3.0 mmとなるようにコーディエライトからなる接合材を介して接合した。なお前記接合材は、セラミックハニカム構造体の端面の周縁部からセルピッチの3倍の幅で、端面から3 mmのセル内にまで配置した。接合した上流側部材及び下流側部材の外周部に、シリカ、バインダー及び水からなるスラリーをコート及び乾燥し、270 mmの外径及び318 mmの長さを有するセラミックハニカムフィルタを作製した。
比較例1
　焼成済みのセラミックハニカム構造体Mを用いて、そのセルの両端面を目封止材で交互に目封止し、270 mmの外径及び300 mmの長さを有する、特開2001-269585号に記載された構成のセラミックハニカムフィルタを作製した（図11(a)及び図11(b)参照）。
比較例2
　焼成済みのセラミックハニカム構造体Mを用いて、そのセルの一方の端面（排気ガス流出側端面）においてのみ市松模様状に目封止を行い、270 mmの外径及び300 mmの長さを有する、特開2004-251137号に記載された構成のセラミックハニカムフィルタを作製した（図12(a)及び図12(b)参照）。
比較例3
　ずれ量を0とした以外実施例17と同様にしてセラミックハニカムフィルタを作製した。
　得られた実施例1～28及び比較例1～3のセラミックハニカムフィルタの接合面の隔壁ずれ量、接合面の間隔、ハニカム構造体の数、任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルの開口面積比A0の平均値、セル開口面積比(A0)と、前記セルに隣接するセルの開口面積比(A1、A2、A3、A4)との差の絶対値の最大値をΔAmaxとしたときの任意の連続する5セル×5列における各セルのΔAmaxの最大値、及びフィルタ構成を表2に示す。さらにこれらのセラミックハニカムフィルタのPM捕集率、圧力損失、耐溶損性、及びアッシュによる目詰まりを以下のようにして測定した。
(a)PM捕集率の評価
　微粒子発生器により3 g/hの速度で発生させた粒径0.042μmのカーボン粉を10 Nm3/minの空気流量でセラミックハニカムフィルタに2時間投入し、ハニカムフィルタが捕集したカーボン粉の質量と投入したカーボン粉の質量とからPM捕集率を算出した。前記PM捕集率が、
85%以上の場合を(◎◎)、
70%以上85%未満の場合を(◎)、
50%以上70%未満の場合を(○)、
30%以上50%未満の場合を(△)、及び
30%未満の場合を(×)
として評価した。評価結果を表2に示す。
(b)圧力損失特性の評価
　セラミックハニカムフィルタをテストスタンドに設置し、7.5 Nm3/minの流量で空気を流した時のハニカムフィルタ入口側と出口側との差圧を圧力損失として評価した。前記圧力損失が、
1.0 kPaを越える場合を(×)、
0.8 kPaを超え1.0 kPa以下の場合を(△)、
0.6 kPaを超え0.8 kPa以下の場合を(○)、及び
0.6 kPa以下の場合を(◎)
として初期圧力損失特性を評価した。評価結果を表2に示す。
(c) 耐溶損性の評価
　PM捕集率の測定と同様にして、フィルタ単位容積当たり6 g/Lのカーボン粉が捕集されるまでセラミックハニカムフィルタへカーボン粉の投入を行い、カーボン粉が捕集されたハニカムフィルタを排気試験装置(図示せず)に装着し、バーナーを燃焼させた高温のガスを供給することによって1.6℃/秒の速度でハニカムフィルタを昇温し、600℃に到達後、燃焼ガスの供給を停止し、その後捕集されたカーボン粉による自己燃焼を行わせることによってハニカムフィルタに捕集されたカーボン粉を完全に燃焼させた。燃焼が終了し、冷却後のハニカムフィルタの内部溶損発生の有無をX線により確認した。溶損が認められなかったものについては、捕集させるカーボン粉を2 g/Lずつ増加させ、溶損が発生するまで繰り返し溶損試験を行い、溶損が発生しなかったカーボン捕集量の最大値（耐溶損カーボン捕集量）で耐溶損性を評価した。前記耐溶損カーボン捕集量が、
20 g以上の場合を(◎)、
14 g以上18 g以下の場合を(○)、
8 g以上12 g以下の場合を(△)、及び
6 g以下の場合を(×)
として耐溶損性を評価した。評価結果を表2に示す。
(d)フィルタ目詰まりの評価
　耐溶損性の評価を行った後のハニカムフィルタを軸方向と平行な方向に切断し、その断面を写真撮影し、任意の10セルについて、アッシュの堆積した部分の面積を画像解析により求め、比較例1のアッシュ堆積部面積を100とした相対値で各試料のアッシュの堆積量を評価した。前記アッシュの堆積量が、
70以下の場合を(◎)、
70を超え80以下の場合を(○)、
80を超え90以下の場合を(△)、及び
90を超え100以下の場合を(×)
としてアッシュによるフィルタ目詰まりを評価した。評価結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 注　*1：隔壁ピッチ長さに対する倍率
表２（続き）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
表２（続き）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
注　*2：任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルの開口面積比の平均値
注　*3：１つのセルの開口面積比(A0)と、前記セルに隣接するセルの開口面積比(A1、A2、A3及びA4)との差の絶対値の最大値をΔAmaxとしたときの任意の連続する5セル×5列における各セルのΔAmaxの最大値
表２（続き）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　各実施例で作製したもう一つのセラミックハニカムフィルタから試験片を切り出し、セラミックハニカム構造体A～Mの気孔率、メジアン細孔径、隔壁端面及び隔壁表面の粗さの測定を行った。
　気孔率及びメジアン細孔径は、水銀圧入法により測定した。水銀圧入法による測定は、セラミックハニカムフィルタから切り出した試験片(10 mm×10 mm×10 mm)を、Micromeritics社製オートポアIIIの測定セル内にセットし、セル内を減圧した後、水銀を導入して加圧し、加圧時の圧力と試験片内に存在する細孔中に押し込まれた水銀の体積との関係を求めることにより行った。前記圧力と体積との関係から細孔径と累積細孔容積との関係を求めた。水銀を導入する圧力は0.5 psi(0.35×10-3 kg/mm2)とし、圧力から細孔径を算出する際の常数は、接触角=130°及び表面張力=484 dyne/cmの値を使用した。気孔率は、全細孔容積の測定値から、コーディエライトの真比重を2.52g/cm3として、計算によって求めた。そして、前記水銀圧入方により求めた細孔径と累積細孔容積との関係から、累積細孔容積が50%となる細孔径を細孔のメジアン細孔径とした。
　隔壁端面及び隔壁表面の粗さは、最大高さRzで評価した。先端の曲率半径5μmの触針を備えた表面粗さ計SURFTEST（ミツトヨ製）により、隔壁端面及び隔壁表面の粗さを長手方向に2 mmに亘って各3ケ所測定し、JIS B 0601-2001に準じて求めた最大高さRzから、隔壁端面及び隔壁表面についてそれぞれ平均値を算出した。これらの結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 注　*1：最大高さRz
　表2に示すように、本発明のセラミックハニカムフィルタは、PMの捕集性能を維持しつつ、排気ガスが通過する際の圧力損失を低く抑えることができることがわかる、一方、比較例1のセラミックハニカムフィルタは、PM捕集率は良好であるが、圧力損失特性が悪かった。比較例2及び3のセラミックハニカムフィルタは、PM捕集性能が不十分であった。

Claims (17)

  1. 　排気ガス中の微粒子を除去するためのセラミックハニカムフィルタであって、
    多孔質の隔壁により仕切られた多数のセルを有する複数のセラミックハニカム構造体が、それらの端面同士を接合することにより軸方向に連接されてなり、
    前記各セラミックハニカム構造体は、少なくとも１組の隣接するセラミックハニカム構造体の少なくとも一部の隔壁同士がずれて接合されており、
    前記隣接するセラミックハニカム構造体の排気ガスの流通方向上流側のセラミックハニカム構造体の軸方向に垂直な断面における１つのセルの開口面積をA01、及び
    下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁の上流側端面によって狭められて減少した後の前記１つのセルの開口面積をA02としたとき、
    任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルの開口面積比A0(=A02/A01)の平均値が0.9以下であり、
    前記下流側のセラミックハニカム構造体の隔壁端面の粗さ（最大高さRz）が15μm以上、及び隔壁表面の粗さ（最大高さRz）が15μm以上であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
  2. 　請求項1に記載のセラミックハニカムフィルタにおいて、任意の１セルの開口面積比(A0)と、前記任意の１セルに隣接する各セルの開口面積比(A1、A2、A3、A4・・・)との差の絶対値の最大値をΔAmaxとしたとき、任意の連続する5セル×5列（=25セル）における各セルのΔAmaxの最大値が0.1以上1未満であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
  3. 　請求項1又は2に記載のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隣接するセラミックハニカム構造体が、前記隔壁の厚さ方向にずれて接合されており、前記ずれ幅が隔壁ピッチの0.1～0.5倍であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
  4. 　請求項1～3のいずれかに記載のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隣接するセラミックハニカム構造体が、それらの軸を中心にして回転方向にずれて接合されており、一方のセラミックハニカム構造体の隔壁と、他方のセラミックハニカム構造体の隔壁とのなす角度が、35～55°の範囲にあることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
  5. 　請求項1～4のいずれかに記載のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記セラミックハニカムフィルタは2～15個のセラミックハニカム構造体からなることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
  6. 　請求項1～5のいずれかに記載のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記セルの軸方向断面が、円弧状の隅部を有する四角形状であり、一方の対向する隅部の曲率半径は他方の対向する隅部の曲率半径より大きいことを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
  7. 　請求項1～6のいずれかに記載のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隣接するセラミックハニカム構造体は、それぞれの端面が0.01～3 mmの間隔をおいて接合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。
  8. 　請求項1～7のいずれかに記載のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記複数のセラミックハニカム構造体の開口率が75％以下であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
  9. 　請求項8に記載のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記少なくとも１組の隣接するセラミックハニカム構造体は、開口率が互いに異なることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
  10. 　請求項1～9のいずれかに記載のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記各セラミックハニカム構造体は、軸方向に平行する断面において、(a)隣接する隔壁同士が平行であるとともに、(b)一部又は端部が外周面に開口しているセルの数が、セラミックハニカム構造体の長さ300 mm当たり1～5個であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
  11. 　複数のセラミックハニカム構造体を接合することにより軸方向に連接されてなるセラミックハニカムフィルタを製造する方法であって、セラミック坏土をハニカム状に押出し、所定長さに切断し、乾燥してなる複数のセラミックハニカム乾燥体を、その端面において、隔壁同士をずらして載置し、前記載置された複数のセラミックハニカム乾燥体を焼成することを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
  12. 　請求項11に記載のセラミックハニカムフィルタの製造方法において、前記焼成後、前記複数のセラミックハニカム構造体の外周部にコート材を一体に塗布することを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
  13. 　複数のセラミックハニカム構造体を接合することにより軸方向に連接されてなるセラミックハニカムフィルタを製造する方法であって、セラミック坏土をハニカム状に押出し、所定長さに切断し、乾燥してなる複数のセラミックハニカム乾燥体を、その端面において、隔壁同士をずらして載置し、前記載置された複数のセラミックハニカム乾燥体の外周部にコート材を一体に塗布し、焼成することを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
  14. 　複数のセラミックハニカム構造体を接合することにより軸方向に連接されてなるセラミックハニカムフィルタを製造する方法であって、セラミック坏土をハニカム状に押出し、所定長さに切断し、乾燥、及び焼成してなる複数のセラミックハニカム構造体を、その端面において、隔壁同士をずらして載置し、前記載置された複数のセラミックハニカム構造体の外周部にコート材を一体に塗布することを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
  15. 　請求項11～14のいずれかに記載のセラミックハニカムフィルタの製造方法において、前記セラミックハニカム構造体の端面の周縁部に接合材を配置し、前記複数のセラミックハニカム構造体が前記接合材を介して接合することを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
  16. 　請求項11～15のいずれかに記載のセラミックハニカムフィルタの製造方法において、隣接するセラミックハニカム構造体を、(a)1つのセラミックハニカム構造体の端面上において、一方の外周端から他方の外周端まで形成されている任意の隔壁に、位置決め手段をほぼ一致させた後、(b)前記1つのセラミックハニカム構造体を、X方向及び／又はY方向に所定距離移動、又は軸を中心に所定角度回転させ、(c)その端面上に、他のセラミックハニカム構造体を、前記1つのセラミックハニカム構造体と同様の位置決め方法で載置することにより、隔壁同士をずらして接合することを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
  17. 　請求項16に記載のセラミックハニカムフィルタの製造方法において、前記位置決め手段が、金属及び／又は非金属からなる線状部材、もしくは光線であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
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