セラミックスフィルタ
【課題】圧力損失を低く保つことが可能でありかつ機械的強度が高いセラミックスフィルタを提供する。
【解決手段】セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁３と、複数のセル５とを備えるハニカム構造部を有し、ハニカム構造部１１は目封止セル部１１を有するとともに、セル５が通じる方向Ｚに垂直なハニカム構造部の断面においては、セル５の断面形状が方向Ｘに延びる隔壁３と方向Ｙに延びる隔壁３とに区画される四角形を有し、さらに、目封止セル部１１の断面が、方向Ｘに対して１５〜４５度の角度でハニカム構造部の断面を帯状に横切る第一の帯状領域１３と、第一の帯状領域１３に垂直に交差しつつハニカム構造部の断面を帯状に横切る第二の帯状領域１５とを有するセラミックスフィルタ１。
【解決手段】セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁３と、複数のセル５とを備えるハニカム構造部を有し、ハニカム構造部１１は目封止セル部１１を有するとともに、セル５が通じる方向Ｚに垂直なハニカム構造部の断面においては、セル５の断面形状が方向Ｘに延びる隔壁３と方向Ｙに延びる隔壁３とに区画される四角形を有し、さらに、目封止セル部１１の断面が、方向Ｘに対して１５〜４５度の角度でハニカム構造部の断面を帯状に横切る第一の帯状領域１３と、第一の帯状領域１３に垂直に交差しつつハニカム構造部の断面を帯状に横切る第二の帯状領域１５とを有するセラミックスフィルタ１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化用のフィルタとして使用することができるセラミックスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から生じる排ガスには粒子状物質が含まれており、この粒子状物質を一定の濃度以下まで除去した上で、排ガスを環境に放出しなければならない。この要求に応えるべく、セラミックスフィルタを使用して粒子状物質を除去することが一般的になっている。セラミックスフィルタでは、セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁によって複数のセルが区画形成されて、蜂の巣形状（ハニカム構造）が形作られている。そして、このセラミックスフィルタでは、セルが一方の端部から他方の端部まで貫いており、さらに、一方の端部のみが目封止されたセルと、他方の端部のみが目封止されたセルとが交互に並んでいる。セラミックスフィルタに対して、一方の端部を開口しているセル内に排ガスを流入させると、このセルでは反対側の他方の端部が目封止されているので、排ガスを多孔質の隔壁に通り抜けさせることが可能になる。ここで、排ガスを多孔質の隔壁に通り抜けさせる時には、隔壁によって排ガス中の粒子状物質を捕捉し、排ガス中から粒子状物質を減らしていく。このように、セラミックスフィルタを用いると、排ガス中の粒子状物質の濃度を低減することができる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、一般に、ハニカム構造は、セルが貫通している方向に対して垂直な方向からつぶす力に弱い。この点、セラミックスフィルタでは、セルが目封止されて塞がれており、このようにセルを塞いでいることにより、機械的強度が高められ、その結果、振動や衝撃に耐えられるようなっている。
【０００４】
近年、エンジンの性能が向上し、内燃機関から排出された時点で、排ガス中の粒子状物質の濃度が少なくなり、排ガスの全てを隔壁に通り抜けさせなくても排ガス中の粒子状物質を目的の濃度以下にできる場合が多い。このような状況の下、セラミックスフィルタ内を排ガスに通過させる際に圧力損失が大きくなるという問題を改善する観点からは、どこにも目封止されていないセルを含ませておくことが必要になってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１８２２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、セラミックスフィルタにおいては、どこにも目封止されていないセルが含まれている場合には、セラミックスフィルタの機械的強度が低下してしまい、セラミックスフィルタが振動や衝撃を受けると破損しやすくなってしまう。とはいうものの、全てのセルを目封止してしまうと、圧力損失が大きくなるという問題を抱えたままになってしまう。
【０００７】
上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、圧力損失を低く保つことが可能でありかつ機械的強度が高いセラミックスフィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上述した目的を達成するものである。具体的には、以下に示すセラミックスフィルタが提供される。
【０００９】
［１］ セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁と、前記隔壁により区画形成されて一方の端面から他方の端面まで通じる複数のセルとを備えるハニカム構造部を有し、前記ハニカム構造部は、前記一方の端面のみを目封止された前記セルと、前記他方の端面のみを目封止された前記セルとが交互に並ぶ目封止セル部を有するとともに、前記セルが通じる方向に垂直な前記ハニカム構造部の断面においては、前記セルの断面形状が、一の方向に延びる前記隔壁と前記一の方向に略垂直な方向に延びる前記隔壁とに区画される四角形を有し、さらに、前記目封止セル部の断面が、前記ハニカム構造部の前記断面の重心を通りかつ前記一の方向に対して１５〜４５度の角度で前記ハニカム構造部の前記断面を帯状に横切る第一の帯状領域と、前記重心で前記第一の帯状領域に垂直に交差しつつ前記ハニカム構造部の前記断面を帯状に横切る第二の帯状領域とを有するセラミックスフィルタ。
【００１０】
［２］ 前記ハニカム構造部の前記断面においては、前記第一の帯状領域の幅および前記第二の帯状領域の幅が、前記ハニカム構造部の前記断面の最大幅の１５％以下である前記［１］に記載のセラミックスフィルタ。
【００１１】
［３］ 前記ハニカム構造部の前記断面においては、前記目封止セル部の断面が、前記第一の帯状領域と、前記第二の帯状領域と、さらに、前記第一の帯状領域および前記第二の帯状領域に一部を重ねる前記ハニカム構造部の前記断面の中心部分の領域とを有する前記［１］または［２］に記載のセラミックスフィルタ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセラミックスフィルタは、圧力損失を低く保つことが可能でありかつ機械的強度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のセラミックスフィルタの一実施形態の斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】排ガス浄化装置の断面図である。
【図４】図１に示したセラミックスフィルタの端面の一部分の拡大図である。
【図５】本発明のセラミックスフィルタの他の一実施形態の斜視図である。
【図６】帯状領域が延びていく方向と隔壁が延びる方向との間の角度と、スス付圧損や捕集効率やアイソスタティック強度との関係を示したグラフである。
【図７】セラミックスフィルタの最大幅（外径）に対する帯状領域の幅の比とスス付圧損や捕集効率との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１５】
本発明のセラミックスフィルタは、セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁と、隔壁により区画形成されて一方の端面から他方の端面まで通じる複数のセルとを備えるハニカム構造部を有し、ハニカム構造部は、一方の端面のみを目封止されたセルと、他方の端面のみを目封止されたセルとが交互に並ぶ目封止セル部を有するとともに、セルが通じる方向に垂直なハニカム構造部の断面においては、セルの断面形状が、一の方向に延びる隔壁と一の方向に略垂直な方向に延びる隔壁とに区画される四角形を有し、さらに、目封止セル部の断面が、ハニカム構造部の断面の重心を通りかつ一の方向に対して１５〜４５度の角度でハニカム構造部の断面を帯状に横切る第一の帯状領域と、重心で第一の帯状領域に垂直に交差しつつハニカム構造部の断面を帯状に横切る第二の帯状領域とを有する。
【００１６】
本発明のセラミックスフィルタでは、ハニカム構造部が、目封止セル部と、残余の部分とから構成されている。この目封止セル部では、一方の端面のみを目封止されたセルと、他方の端面のみを目封止されたセルとが交互に並んでいる。ガスを一方の端面から目封止セル部に当てると、他方の端面のみを目封止されたセルの内部にガスを流入させることができる。そして、このセルでは反対側の他方の端面で目封止されているので、ガスを多孔質の隔壁に通り抜けさせて隣のセルに送り込み、最終的に他方の端面からガスを排出する。ここで、ガスを多孔質の隔壁に通り抜けさせる際に、隔壁を通り抜けることができない粒子状物質を捕捉することができる。そのため、目封止セル部の他方の端面からは、粒子状物質の濃度を減らしたガスを排出することができる。
【００１７】
本明細書にいうセラミックスを主成分とする多孔質の隔壁とは、隔壁がセラミックスを５０質量％以上含んでいることをいう。本発明のセラミックスフィルタでは、多孔質の隔壁については、コージェライトやＳｉＣを主成分とすることができる。また、セルの目封止については、例えば、セラミックスを主成分とする目封止材によってセルの端部を塞ぐことにより行うことができる。このとき、目封止材の主成分となるセラミックスの種類については、隔壁の主成分となるセラミックスの種類と同じものを用いることができる。
【００１８】
また、ハニカム構造部の残余の部分は、どこにも目封止されていないセルが含まれている。このようなセルにガスを流入させると、そのままセルを通り抜けさせて、反対側からガスを排出させることになる。このように一方の端面から他方の端面まで、ガスに同一セル内を通過させるだけなので、圧力損失が大きくなりにくい。そのため、ハニカム構造部全体で考えても、ハニカム構造部の内部を一方の端面から他方の端面に向かってガスを流す際には、圧力損失が過度に大きくならない。
【００１９】
また、本発明のセラミックスフィルタでは、目封止セル部の断面がハニカム構造部の断面を帯状に横切っているので、ハニカム構造部の一方の端面および他方の端面では、複数の目封止されたセルの端部がちょうど端面を横切るように連なる。このように目封止されたセルの端部が連なっていると、隔壁と目封止によって塞がれた部分（目封止材）とが絶え間なく交互に繋がっていく状態になる。その結果、目封止されたセルの端部が連なる方向では機械的強度が強くなる。すなわち、セラミックスフィルタを押しつぶす力が目封止されたセルの端部が連なる方向から加わった場合でも、セラミックスフィルタが破損しにくくなる。
【００２０】
本発明のセラミックスフィルタでは、セルの断面形状が一の方向に延びる隔壁と一の方向に略垂直な方向に延びる隔壁とに区画される四角形を有しており、この四角形の対角方向、具体的には隔壁が延びる一の方向に対して１５〜４５度の傾いた方向については隔壁によって強度を高めることができない。ここで、本発明のセラミックスフィルタでは、目封止されたセルの端部が連なる方向は、隔壁が延びる一の方向に対して１５〜４５度の角度をなしている。その結果、ちょうど隔壁によって強度を高めることができない方向に対しては、目封止されたセルの端部が連なることにより、機械的強度を高めている。そのため、本発明のセラミックスフィルタでは、隔壁の延びる方向と隔壁が延びるに対して１５〜４５度の方向とがともに機械的強度を高められているので、セラミックスフィルタの外周を締め付けて把持した場合にも、この締め付ける力によってセラミックスフィルタを破損させてしまうことを抑えることができる。
【００２１】
また、本発明のセラミックスフィルタでは、圧力損失を低くできる観点からは、ハニカム構造部の断面においては、第一の帯状領域の幅および第二の帯状領域の幅がハニカム構造部の断面の最大幅の１５％以下であることが好ましく、さらに、第一の帯状領域の幅および第二の帯状領域の幅がハニカム構造部の断面の最大幅の２．５〜１５％であることがより好ましい。
【００２２】
また、本発明のセラミックスフィルタでは、捕集効率を高める観点からは、ハニカム構造部の断面においては、目封止セル部の断面が、第一の帯状領域と、第二の帯状領域と、さらに、第一の帯状領域および第二の帯状領域に一部を重ねるハニカム構造部の断面の中心部分の領域とを有することが好ましい。ここで、中心部分の領域が第一の帯状領域および第二の帯状領域に一部を重ねるとは、中心部分の領域が第一の帯状領域と第二の帯状領域とが交差しているハニカム構造部の断面の重心を含みつつ、さらに第一の帯状領域および第二の帯状領域のいずれにも重複しない部分をも範囲内とするように拡がっていることを意味する。すなわち、目封止セル部の断面が中心部分の領域を有することにより、第一の帯状領域および第二の帯状領域のみを有するときと比べて、目封止セル部が拡張することになる。このように本発明のセラミックスフィルタにおいて目封止セル部の断面が中心部分の領域をも有する場合には、目封止セル部が拡張したことにより、粒子状物質を捕集する能力が高まる。
【００２３】
以下、本発明のセラミックスフィルタの実施形態を参照しつつ、その内容を詳しく説明する。
【００２４】
図１は、本発明のセラミックスフィルタの一実施形態の斜視図である。図示されるように、本セラミックスフィルタ１は、円筒状の外周壁２を有し、この外周壁２の筒の内部が隔壁３によって区画されてハニカム構造になっている。これにより本セラミックスフィルタ１は、外周壁２の筒が抜ける方向（Ｚ方向）に対して垂直な断面においてみると、Ｘ方向に延びる隔壁３と、Ｘ方向に垂直なＹ方向に延びる隔壁３とによって、外周壁３に囲まれた内側の部分が方眼紙のます目のように四角形に区画されている。これらの各区画にはセル５が形成されている。そして、セル５は、外周壁２に囲まれた内部を端面７ａから端面７ｂまでＺ方向に貫いている。
【００２５】
また、本セラミックスフィルタ１では、Ｚ方向の両端は、上述したように方眼紙のます目のように区画している隔壁３の縁によって平面状になっており、端面７ａと端面７ｂとを形作っている。また、本セラミックスフィルタ１では、端面７ａおよび端面７ｂがＺ方向に垂直な面になっている。
【００２６】
図１に示されるように、本セラミックスフィルタ１の端面７ａには、Ｘ方向に対して時計回りで４５度に傾いたＶ方向に延びる第一の帯状領域１３と、Ｖ方向に対して垂直な方向（Ｘ方向に対しては反時計回りで４５度に傾いた方向）に延びる第二の帯状領域１５とが存在する。第一の帯状領域１３および第二の帯状領域１５は、端面７ａの重心１０を通る。第一の帯状領域１３は、Ｙ方向の沿った各位置でＸ方向に４個のセル５が並んでおり、Ｙ方向にセル５にして１個分だけ隣の位置にゆくと、この４個のセル５の集まりがＸ方向にセル５にして１個分だけずれていく（Ｘ、Ｙ方向で共にセル５にして１個分ずつずれいく）。このようにして、第一の帯状領域１３は、本セラミックスフィルタ１の端面７ａ上をＸ方向に対して時計回りで４５度に傾いたＶ方向に延びていく。第二の帯状領域１５おいても、Ｙ方向の沿った各位置でＸ方向に４個のセル５が並んでおり、Ｙ方向にセル５にして１個分だけ隣の位置にゆくと、この４個のセル５の集まりがＸ方向にセル５にして１個分だけずれていく（Ｘ、Ｙ方向で共にセル５にして１個分ずつずれいく）。このようにして、第二の帯状領域１５は、本セラミックスフィルタ１の端面７ａ上をＸ方向に対して反時計回りで４５度に傾いた方向（Ｖ方向に対して垂直な方向）に延びていく。
【００２７】
そして、端面７ａにおける第一の帯状領域１３内と第二の帯状領域１５内では、目封止材９によって目封止されたセル５の端部と、目封止されていないセル５の端部とがＸ方向に沿って互い違いに２個ずつ並んでいる。先に、図１を参照しつつ、第一の帯状領域１３ではＹ方向の沿った各位置でＸ方向に４個のセル５が並んでいることを述べたが、これらの４個のセル５の集まりの中では、Ｘ方向に沿って、端面７ａに目封止材を充填したセル５、端面７ａに目封止材を充填していないセル５、端面７ａに目封止材を充填したセル５、端面７ａに目封止材を充填していないセル５、という順に並んでいる。また、第二の帯状領域１５おいてもＹ方向の沿った各位置でＸ方向に４個のセル５が並んでいることを述べたが、これらの４個のセル５の集まりの中では、Ｘ方向に沿って、端面７ａに目封止材を充填していないセル５、端面７ａに目封止材を充填したセル５、端面７ａに目封止材を充填していないセル５、端面７ａに目封止材を充填したセル５、という順に並んでいる。なお、第一の帯状領域１３内または第二の帯状領域１５内に存在するセル５おいては、端面７ａの第一の帯状領域１３内または第二の帯状領域１５内において目封止されているセル５は、反対側の端面７ｂでは目封止されておらず、また、この端面７ａの第一の帯状領域１３内および第二の帯状領域１５内のいずれにおいても目封止されていないセル５は、反対側の端面７ｂでは目封止されている。すなわち、この端面７ａの第一の帯状領域１３内と第二の帯状領域１５内は、一方の端面のみを目封止されたセル５と、他方の端面のみを目封止されたセル５とが交互に並んでいる。いわゆる、目封止セル部１１となっている。
【００２８】
図２は、図１中のＡ−Ａ’断面の図である。図示されるように、複数のセル５は、外周壁２に囲まれた内部を端面７ａから端面７ｂまでＺ方向に貫いている。上述したように、目封止セル部１１では、端面７ａのみを目封止材９によって目封止したセル５と、端面７ｂのみを目封止材９によって目封止したセル５とが交互に並んでいる。そして、残余の部分には、目封止されていないセル５が存在し、これらのセル５については端面ａから端面ｂまでが完全に貫通している。ここで、排ガスＧ１を端面７ａに当てると、目封止セル部１１では、端面７ａで開口するセル５内に排ガスＧ１を流入させることができる。しかし、このセル５では端面７ｂを目封止材９によって目封止されているので、排ガスＧ１を隔壁３に通り抜けさせ、隣のセル５へと送り込むことになる。このとき、排ガスＧ１中の粒子状物質を隔壁３に捕捉させ、浄化された排ガスＧ２を隣のセル５に送り、この排ガスＧ２をそのまま端面７ｂから排出する。したがって、目封止セル部１１では、排ガスＧ１を端面７ａから流入させると、反対側の端面７ｂからは浄化された排ガスＧ２を排出する。対して、残余の部分では、排ガスＧ１を端面７ａから流入させると、反対側の端面７ｂからはそのまま排ガスＧ１を排出する。
【００２９】
また、本セラミックスフィルタ１を筒型の缶体の中に設けることにより、排ガス浄化装置を製造することができる。図３は、図１に示すセラミックスフィルタ１を備えた排ガス浄化装置の断面図である。この図では、セラミックスフィルタ１については、図１中のＢ−Ｂ’断面が現れている。本排ガス浄化装置２１は、セラミックスフィルタ１と、両端が開口している筒形状で内部にセラミックスフィルタ１を設ける缶体２３とを備えている。本排ガス浄化装置２１では、セラミックスフィルタ１の端面７ａ、７ｂは缶体２３の開口している部分（缶体入口２５、缶体出口２７）に向けられている。そのため、排ガスＧ１を缶体入口２５から缶体２３の内部に入れると、排ガスＧ１をセラミックスフィルタ１内に端面７ａから流入させることができ、続いて、上述したように、隔壁３を通り抜けて浄化された排ガスＧ２と、同一セル内をそのまま通過した排ガスＧ１とを端面７ｂに送り、最終的には、これらの排ガスＧ１や排ガスＧ２を缶体出口２７から排出する。
【００３０】
また、図示されるように、本排ガス浄化装置２１では、セラミックスフィルタ１は外周壁２をクッション材２９で覆った状態で缶体２３内に設置されている。このとき、クッション材２９は、セラミックスフィルタ１の外周壁２と、缶体２３の内壁面とに挟まれ収縮した状態になっている。そのため、クッション材２９には、収縮に対する反発力が生じており、この反発力により、セラミックスフィルタ１が締め付けられて缶体２３内に固定されている。このように締め付けて固定した場合でも、上述したようにセラミックスフィルタ１には十分な強度があるので破損しにくい。
【００３１】
図３の断面図のセラミックスフィルタ１の端面７ｂにおいては、隔壁３と目封止材９とが交互に絶え間なく連なることにより、外周壁２に挟まれた間を埋めている。また、ここでは図示しないが、図３に示した断面からセル５にして１個分だけずれた断面（図３の断面図に向かった状態で、セル５にして１個分だけ手前側あるいは奥側にずれた断面）でみると、端面７ａについても、図３に示した端面７ｂのように隔壁３と目封止材９とが交互に絶え間なく連なっている。このように隔壁３と目封止材９とが交互に絶え間なく連なった構造は、筋交いのような役割を果す。そのため、本排ガス浄化装置２１が振動や衝撃を受けた場合でも、セラミックスフィルタ１は破損を免れやすくなる。
【００３２】
図４は、図１に示したセラミックスフィルタ１の端面７ａの第一の帯状領域とその近傍を拡大した図である。図４に示した端面７ａの拡大図では、目封止材９をハッチングして示し、端面７ａでは目封止材９を充填されていないものの反対側の端面７ｂで目封止材９を充填されているセル５の端部を網点で示す。したがって、図４では、ハッチングで示されたセル５の端部および網点で示されたセル５の端部が集まって作られた領域の輪郭が第一の帯状領域１３の輪郭（図４では一点鎖線で示す）となる。なお、本セラミックスフィルタ１では、第一の帯状領域１３とセル５間の境界（図４では実線で示す）とは本来重なっているが、図４では、第一の帯状領域１３の輪郭を示す一点鎖線については、これを明瞭に示すためにセル５間の境界（実線で示す）から若干ずらして描いている。図示されるように、第一の帯状領域１３の幅Ｗとは、セラミックスフィルタ１のセル５が貫いている方向（Ｚ方向）に垂直な断面（本セラミックスフィルタ１では端面７ａ，７ｂも含まれる）において、第一の帯状領域１３を両側から２本の直線または滑らかな曲線で挟み込んだときの、これら２つの線の距離（これら２つの線と第一の帯状領域１３が延びる方向Ｖに対する垂線との交点の距離）のことをいう。図示されるように、本セラミックスフィルタ１では、第一の帯状領域１３が平行な直線によって挟み込まれているので、第一の帯状領域１３の延びる方向Ｖに沿ったどの位置においても、第一の帯状領域１３を挟む２つの線の距離は同じである。ここでは図示しないが、第一の帯状領域の幅（第一の帯状領域を挟む２つの線の距離）が第一の帯状領域の延びる方向に沿った位置によって異なる実施形態もある（例えば、第一の帯状領域１３が弓状の曲線に挟まれている場合など）。このような場合、「第一の帯状領域の幅がハニカム構造部の断面の最大幅の１５％以下である」とは、第一の帯状領域を挟む２つの線の距離の最大値がハニカム構造部の断面の最大幅の１５％以下であることを意味する。
【００３３】
図５は、本発明のセラミックスフィルタの他の一実施形態の斜視図である。本セラミックスフィルタ３１は、外周壁２と隔壁３とから形成されるハニカム構造や、端面７ａ上にある第一の帯状領域１３および第二の帯状領域１５については、上述したセラミックスフィルタ１（図１を参照）と同じである。図示されるように、本セラミックスフィルタ３１では、端面７ａ上の中心部分の領域１７内に端部を有するセルについても、一方の端面のみを目封止材９によって目封止されたセル５と、他方の端面のみを目封止材９によって目封止されたセル５とが交互に並んでいる。すなわち、本セラミックスフィルタ３１では、この中心部分の領域１７内まで目封止セル部１１が拡がっている。本セラミックスフィルタ３１では、このように目封止セル部１１が拡張したことにより、上述したセラミックスフィルタ１と比べて、粒子状物質を捕集する能力が高くなっている。特に、図３に示された形態と同じようにセラミックスフィルタを缶体の内部に設けて使用する場合には、排ガスの流量はセラミックスフィルタの中心部分で多く、外周部分で少なくなる傾向がある。本セラミックスフィルタ３１のように中心部分の領域１７内も目封止セル部１１とする場合には、粒子状物質をより効率的に捕集することができるので好適である。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３５】
（実施例１〜７および比較例１〜３）
焼成後にコージェライト組成となるようにアルミナ、カオリン、タルク、およびシリカを配合した無機粉末に対し、有機バインダ、水を適量混ぜ合わせ、次いで混練して、坏土を作製した。この坏土を押出成形によって円柱状の外観を備えたハニカム形状に成形して成形体を作製し、この成形体を乾燥、次いで焼成することにより、ハニカム構造体を製造した。このハニカム製造体は、円筒状の外周壁（厚さ３．０ｍｍ）に囲まれた内部が直交する隔壁によって区画されたものであり、直径２０３．２ｍｍ、長さ３０４．８ｍｍ、隔壁厚さ０．３ｍｍ、セル密度３１セル／ｃｍ２であった。また、このハニカム構造体の長さ方向（セルが通じる方向）に垂直な断面からみると、外周壁に込まれた内部が隔壁によって方眼紙のます目のように正方形に区画されている。
【００３６】
上述したハニカム構造体の両端面については、中心で直交する２つの帯状領域内のセルの開口部を互い違いに目封止材を充填することにより目封止を施した。目封止材には、ハニカム構造体と同じくコージェライトを主成分とするものを用いた。また、これら２つの帯状領域の幅は、いずれも３５．６ｍｍであった。実施例１〜７および比較例１〜３における一方の帯状領域が延びていく方向と隔壁が延びる方向との間の角度については表１に示す。目封止の深さ（セラミックスフィルタの長さ方向での目封止材の長さ）は、１０ｍｍとした。以上のようにして、実施例１〜７および比較例１〜３のセラミックスフィルタを製造した。
【００３７】
実施例１〜７および比較例１〜３のセラミックスフィルタについては、隔壁にススが付着した時に生じる圧力損失（表１中では「スス付圧損」と表記）、ススの捕集効率（表１中では「捕集効率」と表記）、およびアイソスタティック破壊強度（表１中では「アイソ強度」と表記）を測定した。結果を表１に示す。なお、表１中のスス付圧損については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態で空気がセラミックスフィルタを通過する際の、セラミックスフィルタ両端面部での空気圧力差を各比較例及び実施例で測定し、比較例１の値を１００としたときの比」を示し、捕集効率については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態のセラミックスフィルタへ、一定濃度のススを一定流量の空気と共に導入した際の、セラミックスフィルタ両端面部でのスス濃度比を各比較例及び実施例で測定し、比較例１の値を１００としたときの比」を示し、アイソスタティック破壊強度については、「セラミックスフィルタに負荷した等方的圧力を上昇させて際、セラミックスフィルタが破壊する圧力を各比較例及び実施例で測定し、比較例１の値を１００としたときの比」を示す。また、図６には、一方の帯状領域が延びていく方向と隔壁が延びる方向との間の角度と、スス付圧損、捕集効率、アイソスタティック破壊強度［いずれも角度０度のもの（比較例１）を１００（％）としたときの比］との関係をグラフに示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
（実施例８〜１５）
上述したハニカム構造体の両端面に、中心で直交する２つの帯状領域内のセルの開口部に互い違いに目封止材を充填することにより目封止を施した。また、一方の帯状領域が延びていく方向と隔壁が延びる方向との間の角度については４５度、帯状領域の幅の端面の直径に対する百分率比（％）については表２に示す。
【００４０】
（比較例４）
上述したハニカム構造体の両端面には目封止を施さずそのままセラミックスフィルタとした（よって、帯状領域の幅は０ｍｍ）。
【００４１】
実施例８〜１５および比較例４のセラミックスフィルタについては、隔壁にススが付着した時に生じる圧力損失（表２中では「スス付圧損」と表記）、ススの捕集効率（表２中では「捕集効率」と表記）を測定した。結果を表２に示す。なお、表２中のスス付圧損については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態で空気がセラミックスフィルタを通過する際の、セラミックスフィルタ両端面部での空気圧力差を各比較例及び実施例で測定し、比較例４の値を１００としたときの比」を示し、捕集効率については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態のセラミックスフィルタへ、一定濃度のススを一定流量の空気と共に導入した際の、セラミックスフィルタ両端面部でのスス濃度比を各比較例及び実施例で測定し、比較例４の値を１００としたときの比」を示す。また、図７には、横軸を帯状領域の幅の端面の直径に対する百分率比（％）、縦軸を比較例４を基準としたスス付圧損および捕集効率の割合（％）としてグラフに示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
（実施例１６〜２２および比較例５〜７）
実施例１６〜２２および比較例５〜７のそれぞれについては、ハニカム構造体の両端面に、さらに端面の中心から半径５０ｍｍ以内の領域にあるセルの開口部に互い違いに目封止材を充填することにより目封止を施した以外は、実施例１〜７および比較例１〜３のそれぞれと同じ方法によってセラミックスフィルタを製造した（表３）。
【００４４】
実施例１６〜２２および比較例５〜７のセラミックスフィルタについては、隔壁にススが付着した時に生じる圧力損失（表３中では「スス付圧損」と表記）、ススの捕集効率（表３中では「捕集効率」と表記）、およびアイソスタティック破壊強度（表３中では「アイソ強度」と表記）を測定した。結果を表３に示す。なお、表３中のスス付圧損については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態で空気がセラミックスフィルタを通過する際の、セラミックスフィルタ両端面部での空気圧力差を各比較例及び実施例で測定し、比較例５の値を１００としたときの比」を示し、捕集効率については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態のセラミックスフィルタへ、一定濃度のススを一定流量の空気と共に導入した際の、セラミックスフィルタ両端面部でのスス濃度比を各比較例及び実施例で測定し、比較例５の値を１００としたときの比」を示す。アイソスタティック破壊強度については、「セラミックスフィルタに負荷した等方的圧力を上昇させて際、セラミックスフィルタが破壊する圧力を各比較例及び実施例で測定し、比較例５の値を１００としたときの比」を示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
（実施例２３〜３０）
実施例２３〜３０のそれぞれについては、ハニカム構造体の両端面に、さらに端面の中心から半径５０ｍｍ以内の領域にあるセルの開口部に互い違いに目封止材を充填することにより目封止を施した以外は、実施例８〜１５のそれぞれと同じ方法によってセラミックスフィルタを製造した（表４）。
【００４７】
（比較例８）
ハニカム構造体の両端面に、端面の中心から半径５０ｍｍ以内の領域にあるセルの開口部に互い違いに目封材を充填することにより目封止を施した以外は、比較例４と同じ方法によってセラミックスフィルタを製造した（表４）。
【００４８】
【表４】
【００４９】
実施例２３〜３０および比較例８のセラミックスフィルタについては、隔壁にススが付着した時に生じる圧力損失（表４中では「スス付圧損」と表記）、ススの捕集効率（表４中では「捕集効率」と表記）を測定した。結果を表４に示す。なお、表４中のスス付圧損については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態で空気がセラミックスフィルタを通過する際の、セラミックスフィルタ両端面部での空気圧力差を各比較例及び実施例で測定し、比較例８の値を１００としたときの比」を示し、捕集効率ついては、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態のセラミックスフィルタへ、一定濃度のススを一定流量の空気と共に導入した際の、セラミックスフィルタ両端面部でのスス濃度比を各比較例及び実施例で測定し、比較例８の値を１００としたときの比」を示す。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、排ガス浄化用のフィルタとして使用可能なセラミックスフィルタとして利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１：セラミックスフィルタ、２：外周壁、３：隔壁、５：セル、７，７ａ，７ｂ：端面、９：目封止材、１０：重心、１１：目封止セル部、１３：第一の帯状領域、１５：第二の帯状領域、１７：中心部分の領域、２１：排ガス浄化装置、２３：缶体、２５：缶体入口、２７：缶体出口、２９：クッション材、３１：セラミックスフィルタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化用のフィルタとして使用することができるセラミックスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から生じる排ガスには粒子状物質が含まれており、この粒子状物質を一定の濃度以下まで除去した上で、排ガスを環境に放出しなければならない。この要求に応えるべく、セラミックスフィルタを使用して粒子状物質を除去することが一般的になっている。セラミックスフィルタでは、セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁によって複数のセルが区画形成されて、蜂の巣形状（ハニカム構造）が形作られている。そして、このセラミックスフィルタでは、セルが一方の端部から他方の端部まで貫いており、さらに、一方の端部のみが目封止されたセルと、他方の端部のみが目封止されたセルとが交互に並んでいる。セラミックスフィルタに対して、一方の端部を開口しているセル内に排ガスを流入させると、このセルでは反対側の他方の端部が目封止されているので、排ガスを多孔質の隔壁に通り抜けさせることが可能になる。ここで、排ガスを多孔質の隔壁に通り抜けさせる時には、隔壁によって排ガス中の粒子状物質を捕捉し、排ガス中から粒子状物質を減らしていく。このように、セラミックスフィルタを用いると、排ガス中の粒子状物質の濃度を低減することができる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、一般に、ハニカム構造は、セルが貫通している方向に対して垂直な方向からつぶす力に弱い。この点、セラミックスフィルタでは、セルが目封止されて塞がれており、このようにセルを塞いでいることにより、機械的強度が高められ、その結果、振動や衝撃に耐えられるようなっている。
【０００４】
近年、エンジンの性能が向上し、内燃機関から排出された時点で、排ガス中の粒子状物質の濃度が少なくなり、排ガスの全てを隔壁に通り抜けさせなくても排ガス中の粒子状物質を目的の濃度以下にできる場合が多い。このような状況の下、セラミックスフィルタ内を排ガスに通過させる際に圧力損失が大きくなるという問題を改善する観点からは、どこにも目封止されていないセルを含ませておくことが必要になってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１８２２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、セラミックスフィルタにおいては、どこにも目封止されていないセルが含まれている場合には、セラミックスフィルタの機械的強度が低下してしまい、セラミックスフィルタが振動や衝撃を受けると破損しやすくなってしまう。とはいうものの、全てのセルを目封止してしまうと、圧力損失が大きくなるという問題を抱えたままになってしまう。
【０００７】
上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、圧力損失を低く保つことが可能でありかつ機械的強度が高いセラミックスフィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上述した目的を達成するものである。具体的には、以下に示すセラミックスフィルタが提供される。
【０００９】
［１］ セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁と、前記隔壁により区画形成されて一方の端面から他方の端面まで通じる複数のセルとを備えるハニカム構造部を有し、前記ハニカム構造部は、前記一方の端面のみを目封止された前記セルと、前記他方の端面のみを目封止された前記セルとが交互に並ぶ目封止セル部を有するとともに、前記セルが通じる方向に垂直な前記ハニカム構造部の断面においては、前記セルの断面形状が、一の方向に延びる前記隔壁と前記一の方向に略垂直な方向に延びる前記隔壁とに区画される四角形を有し、さらに、前記目封止セル部の断面が、前記ハニカム構造部の前記断面の重心を通りかつ前記一の方向に対して１５〜４５度の角度で前記ハニカム構造部の前記断面を帯状に横切る第一の帯状領域と、前記重心で前記第一の帯状領域に垂直に交差しつつ前記ハニカム構造部の前記断面を帯状に横切る第二の帯状領域とを有するセラミックスフィルタ。
【００１０】
［２］ 前記ハニカム構造部の前記断面においては、前記第一の帯状領域の幅および前記第二の帯状領域の幅が、前記ハニカム構造部の前記断面の最大幅の１５％以下である前記［１］に記載のセラミックスフィルタ。
【００１１】
［３］ 前記ハニカム構造部の前記断面においては、前記目封止セル部の断面が、前記第一の帯状領域と、前記第二の帯状領域と、さらに、前記第一の帯状領域および前記第二の帯状領域に一部を重ねる前記ハニカム構造部の前記断面の中心部分の領域とを有する前記［１］または［２］に記載のセラミックスフィルタ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセラミックスフィルタは、圧力損失を低く保つことが可能でありかつ機械的強度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のセラミックスフィルタの一実施形態の斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】排ガス浄化装置の断面図である。
【図４】図１に示したセラミックスフィルタの端面の一部分の拡大図である。
【図５】本発明のセラミックスフィルタの他の一実施形態の斜視図である。
【図６】帯状領域が延びていく方向と隔壁が延びる方向との間の角度と、スス付圧損や捕集効率やアイソスタティック強度との関係を示したグラフである。
【図７】セラミックスフィルタの最大幅（外径）に対する帯状領域の幅の比とスス付圧損や捕集効率との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１５】
本発明のセラミックスフィルタは、セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁と、隔壁により区画形成されて一方の端面から他方の端面まで通じる複数のセルとを備えるハニカム構造部を有し、ハニカム構造部は、一方の端面のみを目封止されたセルと、他方の端面のみを目封止されたセルとが交互に並ぶ目封止セル部を有するとともに、セルが通じる方向に垂直なハニカム構造部の断面においては、セルの断面形状が、一の方向に延びる隔壁と一の方向に略垂直な方向に延びる隔壁とに区画される四角形を有し、さらに、目封止セル部の断面が、ハニカム構造部の断面の重心を通りかつ一の方向に対して１５〜４５度の角度でハニカム構造部の断面を帯状に横切る第一の帯状領域と、重心で第一の帯状領域に垂直に交差しつつハニカム構造部の断面を帯状に横切る第二の帯状領域とを有する。
【００１６】
本発明のセラミックスフィルタでは、ハニカム構造部が、目封止セル部と、残余の部分とから構成されている。この目封止セル部では、一方の端面のみを目封止されたセルと、他方の端面のみを目封止されたセルとが交互に並んでいる。ガスを一方の端面から目封止セル部に当てると、他方の端面のみを目封止されたセルの内部にガスを流入させることができる。そして、このセルでは反対側の他方の端面で目封止されているので、ガスを多孔質の隔壁に通り抜けさせて隣のセルに送り込み、最終的に他方の端面からガスを排出する。ここで、ガスを多孔質の隔壁に通り抜けさせる際に、隔壁を通り抜けることができない粒子状物質を捕捉することができる。そのため、目封止セル部の他方の端面からは、粒子状物質の濃度を減らしたガスを排出することができる。
【００１７】
本明細書にいうセラミックスを主成分とする多孔質の隔壁とは、隔壁がセラミックスを５０質量％以上含んでいることをいう。本発明のセラミックスフィルタでは、多孔質の隔壁については、コージェライトやＳｉＣを主成分とすることができる。また、セルの目封止については、例えば、セラミックスを主成分とする目封止材によってセルの端部を塞ぐことにより行うことができる。このとき、目封止材の主成分となるセラミックスの種類については、隔壁の主成分となるセラミックスの種類と同じものを用いることができる。
【００１８】
また、ハニカム構造部の残余の部分は、どこにも目封止されていないセルが含まれている。このようなセルにガスを流入させると、そのままセルを通り抜けさせて、反対側からガスを排出させることになる。このように一方の端面から他方の端面まで、ガスに同一セル内を通過させるだけなので、圧力損失が大きくなりにくい。そのため、ハニカム構造部全体で考えても、ハニカム構造部の内部を一方の端面から他方の端面に向かってガスを流す際には、圧力損失が過度に大きくならない。
【００１９】
また、本発明のセラミックスフィルタでは、目封止セル部の断面がハニカム構造部の断面を帯状に横切っているので、ハニカム構造部の一方の端面および他方の端面では、複数の目封止されたセルの端部がちょうど端面を横切るように連なる。このように目封止されたセルの端部が連なっていると、隔壁と目封止によって塞がれた部分（目封止材）とが絶え間なく交互に繋がっていく状態になる。その結果、目封止されたセルの端部が連なる方向では機械的強度が強くなる。すなわち、セラミックスフィルタを押しつぶす力が目封止されたセルの端部が連なる方向から加わった場合でも、セラミックスフィルタが破損しにくくなる。
【００２０】
本発明のセラミックスフィルタでは、セルの断面形状が一の方向に延びる隔壁と一の方向に略垂直な方向に延びる隔壁とに区画される四角形を有しており、この四角形の対角方向、具体的には隔壁が延びる一の方向に対して１５〜４５度の傾いた方向については隔壁によって強度を高めることができない。ここで、本発明のセラミックスフィルタでは、目封止されたセルの端部が連なる方向は、隔壁が延びる一の方向に対して１５〜４５度の角度をなしている。その結果、ちょうど隔壁によって強度を高めることができない方向に対しては、目封止されたセルの端部が連なることにより、機械的強度を高めている。そのため、本発明のセラミックスフィルタでは、隔壁の延びる方向と隔壁が延びるに対して１５〜４５度の方向とがともに機械的強度を高められているので、セラミックスフィルタの外周を締め付けて把持した場合にも、この締め付ける力によってセラミックスフィルタを破損させてしまうことを抑えることができる。
【００２１】
また、本発明のセラミックスフィルタでは、圧力損失を低くできる観点からは、ハニカム構造部の断面においては、第一の帯状領域の幅および第二の帯状領域の幅がハニカム構造部の断面の最大幅の１５％以下であることが好ましく、さらに、第一の帯状領域の幅および第二の帯状領域の幅がハニカム構造部の断面の最大幅の２．５〜１５％であることがより好ましい。
【００２２】
また、本発明のセラミックスフィルタでは、捕集効率を高める観点からは、ハニカム構造部の断面においては、目封止セル部の断面が、第一の帯状領域と、第二の帯状領域と、さらに、第一の帯状領域および第二の帯状領域に一部を重ねるハニカム構造部の断面の中心部分の領域とを有することが好ましい。ここで、中心部分の領域が第一の帯状領域および第二の帯状領域に一部を重ねるとは、中心部分の領域が第一の帯状領域と第二の帯状領域とが交差しているハニカム構造部の断面の重心を含みつつ、さらに第一の帯状領域および第二の帯状領域のいずれにも重複しない部分をも範囲内とするように拡がっていることを意味する。すなわち、目封止セル部の断面が中心部分の領域を有することにより、第一の帯状領域および第二の帯状領域のみを有するときと比べて、目封止セル部が拡張することになる。このように本発明のセラミックスフィルタにおいて目封止セル部の断面が中心部分の領域をも有する場合には、目封止セル部が拡張したことにより、粒子状物質を捕集する能力が高まる。
【００２３】
以下、本発明のセラミックスフィルタの実施形態を参照しつつ、その内容を詳しく説明する。
【００２４】
図１は、本発明のセラミックスフィルタの一実施形態の斜視図である。図示されるように、本セラミックスフィルタ１は、円筒状の外周壁２を有し、この外周壁２の筒の内部が隔壁３によって区画されてハニカム構造になっている。これにより本セラミックスフィルタ１は、外周壁２の筒が抜ける方向（Ｚ方向）に対して垂直な断面においてみると、Ｘ方向に延びる隔壁３と、Ｘ方向に垂直なＹ方向に延びる隔壁３とによって、外周壁３に囲まれた内側の部分が方眼紙のます目のように四角形に区画されている。これらの各区画にはセル５が形成されている。そして、セル５は、外周壁２に囲まれた内部を端面７ａから端面７ｂまでＺ方向に貫いている。
【００２５】
また、本セラミックスフィルタ１では、Ｚ方向の両端は、上述したように方眼紙のます目のように区画している隔壁３の縁によって平面状になっており、端面７ａと端面７ｂとを形作っている。また、本セラミックスフィルタ１では、端面７ａおよび端面７ｂがＺ方向に垂直な面になっている。
【００２６】
図１に示されるように、本セラミックスフィルタ１の端面７ａには、Ｘ方向に対して時計回りで４５度に傾いたＶ方向に延びる第一の帯状領域１３と、Ｖ方向に対して垂直な方向（Ｘ方向に対しては反時計回りで４５度に傾いた方向）に延びる第二の帯状領域１５とが存在する。第一の帯状領域１３および第二の帯状領域１５は、端面７ａの重心１０を通る。第一の帯状領域１３は、Ｙ方向の沿った各位置でＸ方向に４個のセル５が並んでおり、Ｙ方向にセル５にして１個分だけ隣の位置にゆくと、この４個のセル５の集まりがＸ方向にセル５にして１個分だけずれていく（Ｘ、Ｙ方向で共にセル５にして１個分ずつずれいく）。このようにして、第一の帯状領域１３は、本セラミックスフィルタ１の端面７ａ上をＸ方向に対して時計回りで４５度に傾いたＶ方向に延びていく。第二の帯状領域１５おいても、Ｙ方向の沿った各位置でＸ方向に４個のセル５が並んでおり、Ｙ方向にセル５にして１個分だけ隣の位置にゆくと、この４個のセル５の集まりがＸ方向にセル５にして１個分だけずれていく（Ｘ、Ｙ方向で共にセル５にして１個分ずつずれいく）。このようにして、第二の帯状領域１５は、本セラミックスフィルタ１の端面７ａ上をＸ方向に対して反時計回りで４５度に傾いた方向（Ｖ方向に対して垂直な方向）に延びていく。
【００２７】
そして、端面７ａにおける第一の帯状領域１３内と第二の帯状領域１５内では、目封止材９によって目封止されたセル５の端部と、目封止されていないセル５の端部とがＸ方向に沿って互い違いに２個ずつ並んでいる。先に、図１を参照しつつ、第一の帯状領域１３ではＹ方向の沿った各位置でＸ方向に４個のセル５が並んでいることを述べたが、これらの４個のセル５の集まりの中では、Ｘ方向に沿って、端面７ａに目封止材を充填したセル５、端面７ａに目封止材を充填していないセル５、端面７ａに目封止材を充填したセル５、端面７ａに目封止材を充填していないセル５、という順に並んでいる。また、第二の帯状領域１５おいてもＹ方向の沿った各位置でＸ方向に４個のセル５が並んでいることを述べたが、これらの４個のセル５の集まりの中では、Ｘ方向に沿って、端面７ａに目封止材を充填していないセル５、端面７ａに目封止材を充填したセル５、端面７ａに目封止材を充填していないセル５、端面７ａに目封止材を充填したセル５、という順に並んでいる。なお、第一の帯状領域１３内または第二の帯状領域１５内に存在するセル５おいては、端面７ａの第一の帯状領域１３内または第二の帯状領域１５内において目封止されているセル５は、反対側の端面７ｂでは目封止されておらず、また、この端面７ａの第一の帯状領域１３内および第二の帯状領域１５内のいずれにおいても目封止されていないセル５は、反対側の端面７ｂでは目封止されている。すなわち、この端面７ａの第一の帯状領域１３内と第二の帯状領域１５内は、一方の端面のみを目封止されたセル５と、他方の端面のみを目封止されたセル５とが交互に並んでいる。いわゆる、目封止セル部１１となっている。
【００２８】
図２は、図１中のＡ−Ａ’断面の図である。図示されるように、複数のセル５は、外周壁２に囲まれた内部を端面７ａから端面７ｂまでＺ方向に貫いている。上述したように、目封止セル部１１では、端面７ａのみを目封止材９によって目封止したセル５と、端面７ｂのみを目封止材９によって目封止したセル５とが交互に並んでいる。そして、残余の部分には、目封止されていないセル５が存在し、これらのセル５については端面ａから端面ｂまでが完全に貫通している。ここで、排ガスＧ１を端面７ａに当てると、目封止セル部１１では、端面７ａで開口するセル５内に排ガスＧ１を流入させることができる。しかし、このセル５では端面７ｂを目封止材９によって目封止されているので、排ガスＧ１を隔壁３に通り抜けさせ、隣のセル５へと送り込むことになる。このとき、排ガスＧ１中の粒子状物質を隔壁３に捕捉させ、浄化された排ガスＧ２を隣のセル５に送り、この排ガスＧ２をそのまま端面７ｂから排出する。したがって、目封止セル部１１では、排ガスＧ１を端面７ａから流入させると、反対側の端面７ｂからは浄化された排ガスＧ２を排出する。対して、残余の部分では、排ガスＧ１を端面７ａから流入させると、反対側の端面７ｂからはそのまま排ガスＧ１を排出する。
【００２９】
また、本セラミックスフィルタ１を筒型の缶体の中に設けることにより、排ガス浄化装置を製造することができる。図３は、図１に示すセラミックスフィルタ１を備えた排ガス浄化装置の断面図である。この図では、セラミックスフィルタ１については、図１中のＢ−Ｂ’断面が現れている。本排ガス浄化装置２１は、セラミックスフィルタ１と、両端が開口している筒形状で内部にセラミックスフィルタ１を設ける缶体２３とを備えている。本排ガス浄化装置２１では、セラミックスフィルタ１の端面７ａ、７ｂは缶体２３の開口している部分（缶体入口２５、缶体出口２７）に向けられている。そのため、排ガスＧ１を缶体入口２５から缶体２３の内部に入れると、排ガスＧ１をセラミックスフィルタ１内に端面７ａから流入させることができ、続いて、上述したように、隔壁３を通り抜けて浄化された排ガスＧ２と、同一セル内をそのまま通過した排ガスＧ１とを端面７ｂに送り、最終的には、これらの排ガスＧ１や排ガスＧ２を缶体出口２７から排出する。
【００３０】
また、図示されるように、本排ガス浄化装置２１では、セラミックスフィルタ１は外周壁２をクッション材２９で覆った状態で缶体２３内に設置されている。このとき、クッション材２９は、セラミックスフィルタ１の外周壁２と、缶体２３の内壁面とに挟まれ収縮した状態になっている。そのため、クッション材２９には、収縮に対する反発力が生じており、この反発力により、セラミックスフィルタ１が締め付けられて缶体２３内に固定されている。このように締め付けて固定した場合でも、上述したようにセラミックスフィルタ１には十分な強度があるので破損しにくい。
【００３１】
図３の断面図のセラミックスフィルタ１の端面７ｂにおいては、隔壁３と目封止材９とが交互に絶え間なく連なることにより、外周壁２に挟まれた間を埋めている。また、ここでは図示しないが、図３に示した断面からセル５にして１個分だけずれた断面（図３の断面図に向かった状態で、セル５にして１個分だけ手前側あるいは奥側にずれた断面）でみると、端面７ａについても、図３に示した端面７ｂのように隔壁３と目封止材９とが交互に絶え間なく連なっている。このように隔壁３と目封止材９とが交互に絶え間なく連なった構造は、筋交いのような役割を果す。そのため、本排ガス浄化装置２１が振動や衝撃を受けた場合でも、セラミックスフィルタ１は破損を免れやすくなる。
【００３２】
図４は、図１に示したセラミックスフィルタ１の端面７ａの第一の帯状領域とその近傍を拡大した図である。図４に示した端面７ａの拡大図では、目封止材９をハッチングして示し、端面７ａでは目封止材９を充填されていないものの反対側の端面７ｂで目封止材９を充填されているセル５の端部を網点で示す。したがって、図４では、ハッチングで示されたセル５の端部および網点で示されたセル５の端部が集まって作られた領域の輪郭が第一の帯状領域１３の輪郭（図４では一点鎖線で示す）となる。なお、本セラミックスフィルタ１では、第一の帯状領域１３とセル５間の境界（図４では実線で示す）とは本来重なっているが、図４では、第一の帯状領域１３の輪郭を示す一点鎖線については、これを明瞭に示すためにセル５間の境界（実線で示す）から若干ずらして描いている。図示されるように、第一の帯状領域１３の幅Ｗとは、セラミックスフィルタ１のセル５が貫いている方向（Ｚ方向）に垂直な断面（本セラミックスフィルタ１では端面７ａ，７ｂも含まれる）において、第一の帯状領域１３を両側から２本の直線または滑らかな曲線で挟み込んだときの、これら２つの線の距離（これら２つの線と第一の帯状領域１３が延びる方向Ｖに対する垂線との交点の距離）のことをいう。図示されるように、本セラミックスフィルタ１では、第一の帯状領域１３が平行な直線によって挟み込まれているので、第一の帯状領域１３の延びる方向Ｖに沿ったどの位置においても、第一の帯状領域１３を挟む２つの線の距離は同じである。ここでは図示しないが、第一の帯状領域の幅（第一の帯状領域を挟む２つの線の距離）が第一の帯状領域の延びる方向に沿った位置によって異なる実施形態もある（例えば、第一の帯状領域１３が弓状の曲線に挟まれている場合など）。このような場合、「第一の帯状領域の幅がハニカム構造部の断面の最大幅の１５％以下である」とは、第一の帯状領域を挟む２つの線の距離の最大値がハニカム構造部の断面の最大幅の１５％以下であることを意味する。
【００３３】
図５は、本発明のセラミックスフィルタの他の一実施形態の斜視図である。本セラミックスフィルタ３１は、外周壁２と隔壁３とから形成されるハニカム構造や、端面７ａ上にある第一の帯状領域１３および第二の帯状領域１５については、上述したセラミックスフィルタ１（図１を参照）と同じである。図示されるように、本セラミックスフィルタ３１では、端面７ａ上の中心部分の領域１７内に端部を有するセルについても、一方の端面のみを目封止材９によって目封止されたセル５と、他方の端面のみを目封止材９によって目封止されたセル５とが交互に並んでいる。すなわち、本セラミックスフィルタ３１では、この中心部分の領域１７内まで目封止セル部１１が拡がっている。本セラミックスフィルタ３１では、このように目封止セル部１１が拡張したことにより、上述したセラミックスフィルタ１と比べて、粒子状物質を捕集する能力が高くなっている。特に、図３に示された形態と同じようにセラミックスフィルタを缶体の内部に設けて使用する場合には、排ガスの流量はセラミックスフィルタの中心部分で多く、外周部分で少なくなる傾向がある。本セラミックスフィルタ３１のように中心部分の領域１７内も目封止セル部１１とする場合には、粒子状物質をより効率的に捕集することができるので好適である。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３５】
（実施例１〜７および比較例１〜３）
焼成後にコージェライト組成となるようにアルミナ、カオリン、タルク、およびシリカを配合した無機粉末に対し、有機バインダ、水を適量混ぜ合わせ、次いで混練して、坏土を作製した。この坏土を押出成形によって円柱状の外観を備えたハニカム形状に成形して成形体を作製し、この成形体を乾燥、次いで焼成することにより、ハニカム構造体を製造した。このハニカム製造体は、円筒状の外周壁（厚さ３．０ｍｍ）に囲まれた内部が直交する隔壁によって区画されたものであり、直径２０３．２ｍｍ、長さ３０４．８ｍｍ、隔壁厚さ０．３ｍｍ、セル密度３１セル／ｃｍ２であった。また、このハニカム構造体の長さ方向（セルが通じる方向）に垂直な断面からみると、外周壁に込まれた内部が隔壁によって方眼紙のます目のように正方形に区画されている。
【００３６】
上述したハニカム構造体の両端面については、中心で直交する２つの帯状領域内のセルの開口部を互い違いに目封止材を充填することにより目封止を施した。目封止材には、ハニカム構造体と同じくコージェライトを主成分とするものを用いた。また、これら２つの帯状領域の幅は、いずれも３５．６ｍｍであった。実施例１〜７および比較例１〜３における一方の帯状領域が延びていく方向と隔壁が延びる方向との間の角度については表１に示す。目封止の深さ（セラミックスフィルタの長さ方向での目封止材の長さ）は、１０ｍｍとした。以上のようにして、実施例１〜７および比較例１〜３のセラミックスフィルタを製造した。
【００３７】
実施例１〜７および比較例１〜３のセラミックスフィルタについては、隔壁にススが付着した時に生じる圧力損失（表１中では「スス付圧損」と表記）、ススの捕集効率（表１中では「捕集効率」と表記）、およびアイソスタティック破壊強度（表１中では「アイソ強度」と表記）を測定した。結果を表１に示す。なお、表１中のスス付圧損については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態で空気がセラミックスフィルタを通過する際の、セラミックスフィルタ両端面部での空気圧力差を各比較例及び実施例で測定し、比較例１の値を１００としたときの比」を示し、捕集効率については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態のセラミックスフィルタへ、一定濃度のススを一定流量の空気と共に導入した際の、セラミックスフィルタ両端面部でのスス濃度比を各比較例及び実施例で測定し、比較例１の値を１００としたときの比」を示し、アイソスタティック破壊強度については、「セラミックスフィルタに負荷した等方的圧力を上昇させて際、セラミックスフィルタが破壊する圧力を各比較例及び実施例で測定し、比較例１の値を１００としたときの比」を示す。また、図６には、一方の帯状領域が延びていく方向と隔壁が延びる方向との間の角度と、スス付圧損、捕集効率、アイソスタティック破壊強度［いずれも角度０度のもの（比較例１）を１００（％）としたときの比］との関係をグラフに示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
（実施例８〜１５）
上述したハニカム構造体の両端面に、中心で直交する２つの帯状領域内のセルの開口部に互い違いに目封止材を充填することにより目封止を施した。また、一方の帯状領域が延びていく方向と隔壁が延びる方向との間の角度については４５度、帯状領域の幅の端面の直径に対する百分率比（％）については表２に示す。
【００４０】
（比較例４）
上述したハニカム構造体の両端面には目封止を施さずそのままセラミックスフィルタとした（よって、帯状領域の幅は０ｍｍ）。
【００４１】
実施例８〜１５および比較例４のセラミックスフィルタについては、隔壁にススが付着した時に生じる圧力損失（表２中では「スス付圧損」と表記）、ススの捕集効率（表２中では「捕集効率」と表記）を測定した。結果を表２に示す。なお、表２中のスス付圧損については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態で空気がセラミックスフィルタを通過する際の、セラミックスフィルタ両端面部での空気圧力差を各比較例及び実施例で測定し、比較例４の値を１００としたときの比」を示し、捕集効率については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態のセラミックスフィルタへ、一定濃度のススを一定流量の空気と共に導入した際の、セラミックスフィルタ両端面部でのスス濃度比を各比較例及び実施例で測定し、比較例４の値を１００としたときの比」を示す。また、図７には、横軸を帯状領域の幅の端面の直径に対する百分率比（％）、縦軸を比較例４を基準としたスス付圧損および捕集効率の割合（％）としてグラフに示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
（実施例１６〜２２および比較例５〜７）
実施例１６〜２２および比較例５〜７のそれぞれについては、ハニカム構造体の両端面に、さらに端面の中心から半径５０ｍｍ以内の領域にあるセルの開口部に互い違いに目封止材を充填することにより目封止を施した以外は、実施例１〜７および比較例１〜３のそれぞれと同じ方法によってセラミックスフィルタを製造した（表３）。
【００４４】
実施例１６〜２２および比較例５〜７のセラミックスフィルタについては、隔壁にススが付着した時に生じる圧力損失（表３中では「スス付圧損」と表記）、ススの捕集効率（表３中では「捕集効率」と表記）、およびアイソスタティック破壊強度（表３中では「アイソ強度」と表記）を測定した。結果を表３に示す。なお、表３中のスス付圧損については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態で空気がセラミックスフィルタを通過する際の、セラミックスフィルタ両端面部での空気圧力差を各比較例及び実施例で測定し、比較例５の値を１００としたときの比」を示し、捕集効率については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態のセラミックスフィルタへ、一定濃度のススを一定流量の空気と共に導入した際の、セラミックスフィルタ両端面部でのスス濃度比を各比較例及び実施例で測定し、比較例５の値を１００としたときの比」を示す。アイソスタティック破壊強度については、「セラミックスフィルタに負荷した等方的圧力を上昇させて際、セラミックスフィルタが破壊する圧力を各比較例及び実施例で測定し、比較例５の値を１００としたときの比」を示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
（実施例２３〜３０）
実施例２３〜３０のそれぞれについては、ハニカム構造体の両端面に、さらに端面の中心から半径５０ｍｍ以内の領域にあるセルの開口部に互い違いに目封止材を充填することにより目封止を施した以外は、実施例８〜１５のそれぞれと同じ方法によってセラミックスフィルタを製造した（表４）。
【００４７】
（比較例８）
ハニカム構造体の両端面に、端面の中心から半径５０ｍｍ以内の領域にあるセルの開口部に互い違いに目封材を充填することにより目封止を施した以外は、比較例４と同じ方法によってセラミックスフィルタを製造した（表４）。
【００４８】
【表４】
【００４９】
実施例２３〜３０および比較例８のセラミックスフィルタについては、隔壁にススが付着した時に生じる圧力損失（表４中では「スス付圧損」と表記）、ススの捕集効率（表４中では「捕集効率」と表記）を測定した。結果を表４に示す。なお、表４中のスス付圧損については、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態で空気がセラミックスフィルタを通過する際の、セラミックスフィルタ両端面部での空気圧力差を各比較例及び実施例で測定し、比較例８の値を１００としたときの比」を示し、捕集効率ついては、「単位体積あたり２ｇ／Ｌのスス量が堆積した状態のセラミックスフィルタへ、一定濃度のススを一定流量の空気と共に導入した際の、セラミックスフィルタ両端面部でのスス濃度比を各比較例及び実施例で測定し、比較例８の値を１００としたときの比」を示す。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、排ガス浄化用のフィルタとして使用可能なセラミックスフィルタとして利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１：セラミックスフィルタ、２：外周壁、３：隔壁、５：セル、７，７ａ，７ｂ：端面、９：目封止材、１０：重心、１１：目封止セル部、１３：第一の帯状領域、１５：第二の帯状領域、１７：中心部分の領域、２１：排ガス浄化装置、２３：缶体、２５：缶体入口、２７：缶体出口、２９：クッション材、３１：セラミックスフィルタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁と、前記隔壁により区画形成されて一方の端面から他方の端面まで通じる複数のセルとを備えるハニカム構造部を有し、
前記ハニカム構造部は、前記一方の端面のみを目封止された前記セルと、前記他方の端面のみを目封止された前記セルとが交互に並ぶ目封止セル部を有するとともに、
前記セルが通じる方向に垂直な前記ハニカム構造部の断面においては、
前記セルの断面形状が、一の方向に延びる前記隔壁と前記一の方向に略垂直な方向に延びる前記隔壁とに区画される四角形を有し、
さらに、前記目封止セル部の断面が、前記ハニカム構造部の前記断面の重心を通りかつ前記一の方向に対して１５〜４５度の角度で前記ハニカム構造部の前記断面を帯状に横切る第一の帯状領域と、前記重心で前記第一の帯状領域に垂直に交差しつつ前記ハニカム構造部の前記断面を帯状に横切る第二の帯状領域とを有するセラミックスフィルタ。
【請求項２】
前記ハニカム構造部の前記断面においては、
前記第一の帯状領域の幅および前記第二の帯状領域の幅が、前記ハニカム構造部の前記断面の最大幅の１５％以下である請求項１に記載のセラミックスフィルタ。
【請求項３】
前記ハニカム構造部の前記断面においては、
前記目封止セル部の断面が、前記第一の帯状領域と、前記第二の帯状領域と、さらに、前記第一の帯状領域および前記第二の帯状領域に一部を重ねる前記ハニカム構造部の前記断面の中心部分の領域とを有する請求項１または２に記載のセラミックスフィルタ。
【請求項１】
セラミックスを主成分とする多孔質の隔壁と、前記隔壁により区画形成されて一方の端面から他方の端面まで通じる複数のセルとを備えるハニカム構造部を有し、
前記ハニカム構造部は、前記一方の端面のみを目封止された前記セルと、前記他方の端面のみを目封止された前記セルとが交互に並ぶ目封止セル部を有するとともに、
前記セルが通じる方向に垂直な前記ハニカム構造部の断面においては、
前記セルの断面形状が、一の方向に延びる前記隔壁と前記一の方向に略垂直な方向に延びる前記隔壁とに区画される四角形を有し、
さらに、前記目封止セル部の断面が、前記ハニカム構造部の前記断面の重心を通りかつ前記一の方向に対して１５〜４５度の角度で前記ハニカム構造部の前記断面を帯状に横切る第一の帯状領域と、前記重心で前記第一の帯状領域に垂直に交差しつつ前記ハニカム構造部の前記断面を帯状に横切る第二の帯状領域とを有するセラミックスフィルタ。
【請求項２】
前記ハニカム構造部の前記断面においては、
前記第一の帯状領域の幅および前記第二の帯状領域の幅が、前記ハニカム構造部の前記断面の最大幅の１５％以下である請求項１に記載のセラミックスフィルタ。
【請求項３】
前記ハニカム構造部の前記断面においては、
前記目封止セル部の断面が、前記第一の帯状領域と、前記第二の帯状領域と、さらに、前記第一の帯状領域および前記第二の帯状領域に一部を重ねる前記ハニカム構造部の前記断面の中心部分の領域とを有する請求項１または２に記載のセラミックスフィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０５９７３（Ｐ２０１２−２０５９７３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７１５６９（Ｐ２０１１−７１５６９）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]