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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022147540
(43)【公開日】2022-10-06
(54)【発明の名称】ハニカムフィルタ
(51)【国際特許分類】
   B01D 46/00 20220101AFI20220929BHJP
   B01D 39/20 20060101ALI20220929BHJP
   F01N 3/022 20060101ALI20220929BHJP
   C04B 38/00 20060101ALN20220929BHJP
   C04B 35/195 20060101ALN20220929BHJP
【FI】
B01D46/00 302
B01D39/20 D
F01N3/022 C
C04B38/00 303Z
C04B35/195
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021048823
(22)【出願日】2021-03-23
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088616
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 一平
(74)【代理人】
【識別番号】100154829
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 成
(72)【発明者】
【氏名】吉岡 文彦
(72)【発明者】
【氏名】栗本 雄大
【テーマコード(参考)】
3G190
4D019
4D058
4G019
【Fターム(参考)】
3G190BA26
3G190BA41
3G190CA03
3G190CA13
4D019AA01
4D019BA05
4D019BB06
4D019BC12
4D019BD01
4D019CA01
4D019CB04
4D058JA37
4D058JA38
4D058SA08
4G019FA12
(57)【要約】
【課題】耐熱衝撃性に優れるとともに、アイソスタティック強度が高く、且つ、圧力損失の低減を実現することが可能なハニカムフィルタを提供する。
【解決手段】複数のセル2を取り囲むように配設された多孔質の隔壁1を有する柱状のハニカム構造部4と、セル2のいずれか一方の開口端部に配設された目封止部5と、を備え、複数のセル2は、ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に直交する断面において四角格子状に配置され、当該断面におけるセル2の形状が、四角形の一の頂点を含む角部の一部が欠落した特定角部15を有する変形四角形であり、セル2の特定角部15は、第一湾曲部6と、第二湾曲部7と、連結部8と、を含み、第一湾曲部6の曲率半径R1及び第二湾曲部7の曲率半径R2が40~80μmであり、第一湾曲部6の曲率中心O1と第二湾曲部7の曲率中心O2との中心間距離Tが80~200μmである。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流入端面から流出端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを取り囲むように配設された多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、
前記セルにおける前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部を封止するように配置された目封止部と、を備え、
複数の前記セルは、前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、当該断面における第一方向及び当該第一方向に直交する第二方向に沿って四角格子状に配置され、
前記断面における前記セルの形状が、四角形の一の頂点を含む角部の一部が欠落した特定角部を有する変形四角形であり、前記四角格子状に配置された4つの前記セルのそれぞれの前記特定角部によって四角格子の交点部が形成され、
前記セルの前記特定角部は、前記変形四角形の主要外形を構成する4つ辺のうちの前記第一方向に延びる第一辺から連続する曲率半径R1の第一湾曲部と、前記4つ辺のうちの前記第二方向に延びる第二辺から連続する曲率半径R2の第二湾曲部と、前記第一湾曲部と前記第二湾曲部とを繋ぐ連結部と、を含み、
前記第一湾曲部の前記曲率半径R1及び前記第二湾曲部の前記曲率半径R2が、それぞれ40~80μmであり、且つ、
前記第一湾曲部の曲率中心O1と前記第二湾曲部の曲率中心O2との中心間距離が、80~200μmである、ハニカムフィルタ。
【請求項2】
前記隔壁の気孔率が45~65%である、請求項1に記載のハニカムフィルタ。
【請求項3】
前記隔壁の厚さが0.15~0.26mmである、請求項1又は2に記載のハニカムフィルタ。
【請求項4】
前記ハニカム構造部のセル密度が30~50個/cmである、請求項1~3のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハニカムフィルタに関する。更に詳しくは、耐熱衝撃性に優れるとともに、アイソスタティック強度(Isostatic strength)が高く、且つ、圧力損失の低減を実現することが可能なハニカムフィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
様々な産業において、動力源として内燃機関が用いられている。一方で、内燃機関が燃料の燃焼時に排出する排ガスには、窒素酸化物等の有毒ガスと共に、煤や灰等の粒子状物質が含まれている。以下、粒子状物質を、「PM」ということがある。「PM」とは、「Particulate Matter」の略である。近年、ディーゼルエンジンから排出されるPMの除去に関する規制は世界的に厳しくなっており、PMを除去するためのフィルタとして、例えば、ハニカム構造を有するウォールフロー(Wall flow)型のフィルタが用いられている。
【0003】
ウォールフロー型のフィルタとしては、多孔質の隔壁によって流体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造部と、複数のセルのいずれか一方の開口部に配設された目封止部と、を備えたハニカムフィルタが種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなハニカムフィルタにおいては、例えば、流出端面側に目封止部が配設された流入セルと、流入端面側に目封止部が配設された流出セルとが、隔壁を隔てて交互に配置され、多孔質の隔壁が、PMを除去する濾過体となる。ハニカム構造部のセルの延びる方向に直交する断面において、複数のセルは、多孔質の隔壁によって格子状に区画形成されており、当該断面におけるセルの形状として、例えば、四角形等となっている。以下、ハニカム構造部のセルの延びる方向に直交する断面におけるセルの形状を、単に、「セル形状」ということがある。また、例えば、セル形状が四角形のセルを、単に「四角形のセル」ということがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011-189252号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、ハニカムフィルタに用いられるハニカム構造部の隔壁の交差点に生じる過大な熱衝撃や機械的衝撃による破損を防止するために、四角形のセルの各角部に所望の曲率半径となるR状の補強部を設ける技術が提案されている。
【0006】
上述したような四角形のセルの各角部にR状の補強部を設けることにより、ハニカムフィルタの耐熱衝撃性を向上させることができるとされている。しかしながら、四角形のセルの角部に対して、十分な耐熱衝撃性を満足させるようなR状の補強部を設けてしまうと、ハニカムフィルタの圧力損失が増大してしまう等のその他の問題が生じてしまうことがあった。
【0007】
また、近年、自動車等のエンジンから排出される排ガスを浄化するためのハニカムフィルタには、自動車の燃費性能の向上等を目的として、圧力損失の低減が求められている。圧力損失の低減を実現するための対策として、例えば、ハニカム構造部の隔壁の厚さを薄くする「薄壁化」や、隔壁の気孔率を従来に比して更に高める「高気孔率化」などの検討も進められている。しかしながら、ハニカム構造部の隔壁の薄壁化や高気孔率化に伴い、ハニカムフィルタの耐熱衝撃性やアイソスタティック強度(Isostatic strength)の低下を招くことがあり、耐熱衝撃性及びアイソスタティック強度に優れたハニカムフィルタの開発が要望されている。
【0008】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものである。本発明は、耐熱衝撃性に優れるとともに、アイソスタティック強度が高く、且つ、圧力損失の低減を実現することが可能なハニカムフィルタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明によれば、以下に示すハニカムフィルタが提供される。
【0010】
[1] 流入端面から流出端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを取り囲むように配設された多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、
前記セルにおける前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部を封止するように配置された目封止部と、を備え、
複数の前記セルは、前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、当該断面における第一方向及び当該第一方向に直交する第二方向に沿って四角格子状に配置され、
前記断面における前記セルの形状が、四角形の一の頂点を含む角部の一部が欠落した特定角部を有する変形四角形であり、前記四角格子状に配置された4つの前記セルのそれぞれの前記特定角部によって四角格子の交点部が形成され、
前記セルの前記特定角部は、前記変形四角形の主要外形を構成する4つ辺のうちの前記第一方向に延びる第一辺から連続する曲率半径R1の第一湾曲部と、前記4つ辺のうちの前記第二方向に延びる第二辺から連続する曲率半径R2の第二湾曲部と、前記第一湾曲部と前記第二湾曲部とを繋ぐ連結部と、を含み、
前記第一湾曲部の前記曲率半径R1及び前記第二湾曲部の前記曲率半径R2が、それぞれ40~80μmであり、且つ、
前記第一湾曲部の曲率中心O1と前記第二湾曲部の曲率中心O2との中心間距離が、80~200μmである、ハニカムフィルタ。
【0011】
[2] 前記隔壁の気孔率が45~65%である、前記[1]に記載のハニカムフィルタ。
【0012】
[3] 前記隔壁の厚さが0.15~0.26mmである、前記[1]又は[2]に記載のハニカムフィルタ。
【0013】
[4] 前記ハニカム構造部のセル密度が30~50個/cmである、前記[1]~[3]のいずれかに記載のハニカムフィルタ。
【発明の効果】
【0014】
本発明のハニカムフィルタは、耐熱衝撃性に優れるとともに、アイソスタティック強度が高く、且つ、圧力損失の低減を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本発明のハニカムフィルタの一の実施形態を模式的に示す流入端面側から見た斜視図である。
図2図1に示すハニカムフィルタの流入端面を模式的に示す平面図である。
図3図2に示すハニカムフィルタの流入端面の一部を模式的に示す拡大模式平面図である。
図4図3に示す隔壁の交点部近傍を更に拡大した拡大模式平面図である。
図5図2のA-A’断面を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施形態について説明する。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。したがって、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、以下の実施形態に対し適宜変更、改良等が加えられ得ることが理解されるべきである。
【0017】
(1)ハニカムフィルタ:
図1図5を参照して、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態について説明する。ここで、図1は、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態を模式的に示す流入端面側から見た斜視図である。図2は、図1に示すハニカムフィルタの流入端面を模式的に示す平面図である。図3は、図2に示すハニカムフィルタの流入端面の一部を模式的に示す拡大模式平面図である。図4は、図3に示す隔壁の交点部近傍を更に拡大した拡大模式平面図である。図5は、図2のA-A’断面を模式的に示す断面図である。
【0018】
ハニカムフィルタ100は、ハニカム構造部4と、目封止部5を備えたものである。ハニカム構造部4は、流入端面11及び流出端面12を有する柱状を呈するものである。ハニカム構造部4は、流入端面11から流出端面12まで延びる複数のセル2を取り囲むように配設された、多孔質の隔壁1を有する。図1等に示すハニカム構造部4においては、隔壁1を囲繞するように配設された外周壁3を更に有している。なお、本発明において、セル2とは、隔壁1によって取り囲まれた空間のことを意味する。複数のセル2は、流体の流路となる。
【0019】
目封止部5は、ハニカム構造部4に形成されたセル2の流入端面11側又は流出端面12側のいずれか一方の端部に配設され、セル2の開口部を封止するものである。以下、流出端面12側の端部に目封止部5が配設されたセル2を、「流入セル2a」という。流入端面11側の端部に目封止部5が配設されたセル2を、「流出セル2b」という。
【0020】
複数のセル2は、ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に直交する断面において、当該断面における第一方向X1及び当該第一方向X1に直交する第二方向X2に沿って四角格子状に配置されている。以下、「ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に直交する断面」のことを、単に「ハニカム構造部4の断面」ともいう。上述した「第一方向」とは、図3及び図4において紙面の上下方向であり、上述した「第二方向」とは、図3及び図4において紙面の左右方向である。図3及び図4においては、ハニカムフィルタ100の流入端面11側のセル2の開口部に配設された目封止部5を捨象した形で作図している。
【0021】
ハニカムフィルタ100は、図2図4に示すように、ハニカム構造部4の断面におけるセル2の形状が、四角形の一の頂点を含む角部の一部が欠落した特定角部15を有する変形四角形である。特に、セル2の形状は、四角形のそれぞれの頂点を含む各角部において、その一部が欠落した特定角部15を有する変形四角形であることが好ましい。そして、四角格子状に配置された4つのセル2のそれぞれの特定角部15によって四角格子の交点部9が形成されている。なお、上述したように、セル2とは、隔壁1によって取り囲まれた空間のことを意味する。このため、セル2の形状に対して、四角形の角部の一部が欠落するということは、当該四角形の角部となるセル2の空間が、セル2を取り囲む隔壁1によって占められていることを意味する。
【0022】
セル2の特定角部15は、以下のように構成された、第一湾曲部6と、第二湾曲部7と、連結部8と、を含んでいる。第一湾曲部6は、変形四角形の主要外形を構成する4つ辺のうちの第一方向X1に延びる第一辺13から連続する曲率半径R1の湾曲部分である。第二湾曲部7は、変形四角形の主要外形を構成する4つ辺のうちの第二方向X2に延びる第二辺14から連続する曲率半径R2の湾曲部分である。第一辺13及び第二辺14は、変形四角形の主要外形を構成する4つ辺のうち、対象となる特定角部15を構成するための2つの辺である。連結部8は、上述したような第一湾曲部6と第二湾曲部7とを繋ぐ連結部分である。連結部8は、ハニカム構造部4の断面において直線状に構成されていることが好ましい。
【0023】
このように、本実施形態のハニカムフィルタ100において、セル2の特定角部15は、2つの湾曲部分である第一湾曲部6及び第二湾曲部7と、それらを繋ぐ連結部8と、を含んでいる。このため、ハニカム構造部4の断面におけるセル2の形状としては、例えば、四角形の角部に対して面取りを行い、その面取り部のそれぞれの端部に対して、更に曲率半径R1及び曲率半径R2となるR面取りをした変形四角形ということができる。
【0024】
本実施形態のハニカムフィルタ100において、第一湾曲部6の曲率半径R1及び第二湾曲部7の曲率半径R2は、それぞれ40~80μmである。また、第一湾曲部6の曲率中心O1と第二湾曲部7の曲率中心O2との中心間距離Tは、80~200μmである。
【0025】
以上のように構成された本実施形態のハニカムフィルタ100は、耐熱衝撃性に優れるとともに、アイソスタティック強度が高く、且つ、圧力損失の低減を実現することができる。例えば、第一湾曲部6の曲率中心O1と第二湾曲部7の曲率中心O2との中心間距離Tが80μm未満であると、アイソスタティック強度が低下してしまう。一方で、第一湾曲部6の曲率中心O1と第二湾曲部7の曲率中心O2との中心間距離Tが200μmを超えると、圧力損失が上昇してしまう。また、曲率半径R1及び曲率半径R2の一方又は双方が40μm未満であると、耐熱衝撃性が低下してしまう。一方で、曲率半径R1及び曲率半径R2の一方又は双方が80μmを超えると、圧力損失が上昇してしまう。
【0026】
第一湾曲部6の曲率半径R1及び第二湾曲部7の曲率半径R2は、それぞれ40~80μmであり、特に限定されることはないが、例えば、45~75μmであることが好ましい。なお、第一湾曲部6の曲率半径R1と第二湾曲部7の曲率半径R2とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。即ち、第一湾曲部6の曲率半径R1と第二湾曲部7の曲率半径R2とは、同じ曲率を有する湾曲部分であってもよいし、異なる曲率を有する湾曲部分であってもよい。
【0027】
また、第一湾曲部6の曲率中心O1と第二湾曲部7の曲率中心O2との中心間距離Tは、80~200μmであり、特に限定されることはないが、例えば、100~180μmであることが好ましい。
【0028】
第一湾曲部6の曲率半径R1及び第二湾曲部7の曲率半径R2は、以下の方法によって測定することができる。第一湾曲部6の曲率半径R1及び第二湾曲部7の曲率半径R2はマイクロスコープによって計測された値とする。マイクロスコープとしては、例えば、KEYENCE社製のVHX-6000(商品名)を挙げることができる。以下、第一湾曲部6の曲率半径R1を測定する場合を例に、より具体的な測定方法について説明する。まず、ハニカムフィルタ100のセル2の延びる方向に直交する断面を撮影し、撮影されたハニカムフィルタ100の断面画像から、第一湾曲部6を構成する曲率を有する部分を確認する。具体的には、変形四角形の主要外形を構成する直線状の辺と第一湾曲部6との境界に相当する一端と、第一湾曲部6と直線状の連結部8との境界に相当する他端の2点を見つける。また、第一湾曲部6上にて、上記した一端と他端の2点から等距離にある中間点を見つける。そして、第一湾曲部6の一端、中間点、他端の3点に接する円の半径が、第一湾曲部6の曲率半径R1となる。また、第一湾曲部6の一端、中間点、他端の3点に接する円の中心が、第一湾曲部6の曲率中心O1となる。第二湾曲部7に関しても同様の方法で、第二湾曲部7の曲率半径R2及びその曲率中心O2を求めることができる。
【0029】
第一湾曲部6の曲率中心O1と第二湾曲部7の曲率中心O2との中心間距離Tは、上述した方法にて、第一湾曲部6の曲率中心O1及び第二湾曲部7の曲率中心O2の位置を特定し、その2点間の距離を求めることによって測定することができる。
【0030】
なお、変形四角形のセル2は、四角形の各頂点において特定角部15をそれぞれ有していることが好ましい。例えば、図3に示すように、変形四角形のセル2は、一の特定角部15とは別の特定角部15’が、図4に示すような特定角部15の第一湾曲部6、第二湾曲部7、及び連結部8と同様の構成要素を含んでいることが好ましい。そして、このような特定角部15’(図3参照)の第一湾曲部6の曲率半径R1及び第二湾曲部7の曲率半径R2もそれぞれ40~80μmであり、その第一湾曲部6の曲率中心O1と第二湾曲部7の曲率中心O2との中心間距離Tも80~200μmであることが好ましい。そして、変形四角形のセル2の更に別の特定角部15においても、これまでに説明した特定角部15と同様に構成されていることが好ましい。
【0031】
特定角部15を有するセル2の個数については特に制限はないが、ハニカムフィルタ100の強度の観点から、全セルの個数に対して50%以上のセル2が、特定角部15を有するセル2であることが好ましい。ここで、上述した「全セルの個数」とは、セル2の周囲の全てが隔壁1によって囲われているセル2の全個数のことを意味する。以下、セル2の周囲の全てが隔壁1によって囲われているセル2ことを、「完全セル」ということがある。一方、セル2の周囲の全てが隔壁1によって囲われておらず、セル2の一部が外周壁3によって区画されているセル2のことを、「不完全セル」ということがある。このため、上述した「全セルの個数」には、不完全セルの個数は含めないものとする。
【0032】
また、特定角部15を有するセル2は、ハニカムフィルタ100の強度の観点から、ハニカム構造部4の断面において、当該断面の外周領域に設けられていることが好ましい。「外周領域」とは、ハニカム構造部4の断面において、当該断面の中心から、その半径の30%以上外側の領域のことを意味する。
【0033】
ハニカムフィルタ100は、ハニカム構造部4の隔壁1の気孔率が、45~65%であることが好ましく、50~60%であることが更に好ましい。隔壁1の気孔率が低すぎると、圧力損失が増大することがある。隔壁1の気孔率が高すぎると、ハニカム構造部4の強度が不十分となり、排ガス浄化装置に用いられる缶体内にハニカムフィルタ100を収納する際に、ハニカムフィルタ100を十分な把持力で保持することが困難になることがある。隔壁1の気孔率は、水銀ポロシメータ(Mercury porosimeter)によって計測された値とする。水銀ポロシメータとしては、例えば、Micromeritics社製のAutopore 9500(商品名)を挙げることができる。
【0034】
ハニカムフィルタ100は、隔壁1の厚さが、0.15~0.26mmであることが好ましく、0.18~0.23mmであることが更に好ましい。隔壁1の厚さは、ハニカム構造部4の断面において、2つのセル2を区画する隔壁1の表面に対して直交する方向の長さである。ここで、隔壁1の厚さを測定する際の「2つのセル2を区画する隔壁1」とは、セル2の特定角部15を構成する部位に対応する隔壁1の厚さを含まないものとする。即ち、上述したように、特に断りなく「隔壁1の厚さ」という場合は、隔壁1の交点部9の厚さを含まず、変形四角形のセル2の主要外形を構成する4つ辺を区画する部位の隔壁1の厚さとする。隔壁1の厚さは、例えば、マイクロスコープ(microscope)を用いて測定することができる。
【0035】
ハニカムフィルタ100は、ハニカム構造部4のセル密度が、30~50個/cmであることが好ましく、30~40個/cmであることが更に好ましい。このように構成することによって、自動車等のエンジンから排出される排ガス中のPMを捕集するためのフィルタとして好適に利用することができる。セル密度が小さすぎると、アイソスタティック強度が低下することがあり、セル密度が大きすぎると、圧力損失が上昇することがある。
【0036】
隔壁1の材料については特に制限はない。隔壁1の材料としては、例えば、セラミックを挙げることができる。特に、隔壁1が、炭化珪素、珪素結合炭化珪素、結合材焼結型セラミックス材料、ムライト、コージェライト、又はチタン酸アルミニウムを含むものであることが好ましい。なお、「珪素結合炭化珪素」とは、例えば、骨材としての炭化珪素粒子が、金属珪素により結合されたもののことを意味する。また、「結合材焼結型セラミックス材料」とは、例えば、炭化珪素やムライト等の骨材が、コージェライト等の結合材により結合されたものであり、焼結により作製されたセラミックス材料のことを意味する。
【0037】
目封止部5の材料については特に制限はないが、上記した隔壁1の材料として挙げたものを好適に用いることができる。
【0038】
ハニカムフィルタ100の全体形状については特に制限はない。ハニカムフィルタ100の全体形状は、流入端面11及び流出端面12の形状が、円形、又は楕円形であることが好ましく、特に、円形であることが好ましい。また、ハニカムフィルタ100の大きさ、例えば、ハニカム構造部4の流入端面11から流出端面12までの長さや、ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に直交する断面の大きさについては、特に制限はない。ハニカムフィルタ100を、排ガス浄化用のフィルタとして用いた際に、最適な浄化性能を得るように、各大きさを適宜選択すればよい。
【0039】
次に、本実施形態のハニカムフィルタを製造する方法について説明する。ただし、ハニカムフィルタを製造する方法は、以下に説明する製造方法に限定されることはない。
【0040】
まず、ハニカム構造部を作製するための可塑性の坏土を作製する。ハニカム構造部を作製するための坏土は、原料粉末として、前述の隔壁の好適な材料群の中から選ばれた材料に、適宜、バインダ等の添加剤、及び水を添加することによって作製することができる。
【0041】
次に、作製した坏土を押出成形することにより、複数のセルを区画形成する隔壁、及び最外周に配設された外周壁を有する、柱状のハニカム成形体を得る。押出成形においては、押出成形用の口金として、坏土の押出面に、成形するハニカム成形体の反転形状となるスリットが形成されたものを用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ等に対応した口金を用いて押出成形する方法等を好適例として挙げることができる。例えば、口金におけるセル形状とは、これまでに説明した、四角形のそれぞれの頂点の一部が欠落した特定角部15(例えば、図3参照)を有する変形四角形を挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。得られたハニカム成形体を、例えば、マイクロ波及び熱風で乾燥してもよい。
【0042】
次に、ハニカム成形体の製造に用いた材料と同様の材料で、セルの開口部を目封止することで目封止部を形成する。目封止部を形成する方法については、従来公知のハニカムフィルタの製造方法に準じて行うことができる。例えば、まず、目封止部を形成するための原料を含む目封止材を調製する。次に、ハニカム成形体の流入端面に、流入セルが覆われるようにマスクを施す。次に、先に調製した目封止材を、ハニカム成形体の流入端面側のマスクが施されていない流出セルの開口部に充填する。その後、ハニカム成形体の流出端面についても、上記と同様の方法で、流入セルの開口部に目封止材を充填する。
【0043】
次に、得られたハニカム成形体を焼成することにより、ハニカムフィルタを得る。焼成温度及び焼成雰囲気は原料により異なり、当業者であれば、選択された材料に最適な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。
【実施例0044】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【0045】
(実施例1)
コージェライト化原料100質量部に、造孔材を10質量部、分散媒を20質量部、有機バインダを1質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。分散媒としては、水を使用した。有機バインダとしては、メチルセルロース(Methylcellulose)を使用した。分散剤としては、デキストリン(Dextrin)を使用した。造孔材としては、平均粒子径15μmのコークスを使用した。
【0046】
次に、ハニカム成形体作製用の口金を用いて坏土を押出成形し、全体形状が円柱形状のハニカム成形体を得た。ハニカム成形体のセル形状は、四角形のそれぞれの頂点の一部が欠落した特定角部を有する変形四角形とした。
【0047】
次に、ハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、ハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。
【0048】
次に、目封止部を形成するための目封止材を調製した。そして、調製した目封止材を用いて、乾燥したハニカム成形体の所定のセルの流入端面側の開口部及び残余のセルの流出端面側の開口部に目封止部を形成した。
【0049】
次に、各目封止部を形成したハニカム成形体を、脱脂し、焼成して、実施例1のハニカムフィルタを製造した。
【0050】
実施例1のハニカムフィルタは、流入端面及び流出端面の形状が円形の、円柱形状のものであった。ハニカムフィルタの流入端面及び流出端面の直径の大きさは、132mmであった。また、ハニカムフィルタのセルの延びる方向の長さは、120mmであった。
【0051】
実施例1のハニカムフィルタは、セル密度が34個/cmであり、隔壁の厚さが0.15mmであり、隔壁の気孔率が48%であった。表1に、セル密度(個/cm)、隔壁の厚さ(mm)、隔壁の気孔率(%)を示す。隔壁の気孔率は、Micromeritics社製のオートポア9500(商品名)を用いて測定した。
【0052】
実施例1のハニカムフィルタにおけるセル形状は、四角形のそれぞれの頂点の一部が欠落した特定角部を有する変形四角形であった。変形四角形における特定角部は、曲率半径R1が60μmの第一湾曲部と、曲率半径R2が60μmの第二湾曲部と、第一湾曲部と第二湾曲部とを繋ぐ連結部と、を含むものであった。第一湾曲部の曲率半径R1(μm)及び第二湾曲部の曲率半径R2(μm)の値を表1に示す。なお、第一湾曲部の曲率半径R1(μm)及び第二湾曲部の曲率半径R2(μm)は、以下の方法によって測定した。
【0053】
[曲率半径R1及び曲率半径R2の測定]
第一湾曲部の曲率半径R1及び第二湾曲部の曲率半径R2は、KEYENCE社製のマイクロスコープ(VHX-6000(商品名))によって測定した。具体的には、まず、ハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面を撮影し、撮影されたハニカムフィルタの断面画像から、第一湾曲部を構成する曲率を有する部分を、以下のように確認した。まず、セルの変形四角形の主要外形を構成する直線状の辺と第一湾曲部との境界に相当する一端と、第一湾曲部と直線状の連結部との境界に相当する他端の2点の位置を確認した。次に、第一湾曲部上にて、上記した一端と他端の2点から等距離にある中間点を確認した。そして、第一湾曲部の一端、中間点、他端の3点に接する円の半径を求め、求めた円の半径を、第一湾曲部の曲率半径R1とした。また、上述した第一湾曲部の一端、中間点、他端の3点に接する円の中心を、第一湾曲部の曲率中心O1とした。第二湾曲部に関しても同様の方法で、第二湾曲部の曲率半径R2及びその曲率中心O2を求めた。
【0054】
また、実施例1のハニカムフィルタにおいて、第一湾曲部の曲率中心O1と第二湾曲部の曲率中心O2との中心間距離は200μmであった。結果を表1の「2つ曲率中心の中心間距離(μm)」の欄に示す。
【0055】
【表1】
【0056】
実施例1のハニカムフィルタについて、以下の方法で、「アイソスタティック強度評価」、「耐熱衝撃性評価」、及び「圧力損失性能評価」を行った。表2に、各結果を示す。
【0057】
[アイソスタティック強度評価]
社団法人自動車技術会発行の自動車規格であるJASO規格M505-87に規定されているアイソスタティック破壊強度の測定方法に準じて、各実施例及び比較例のハニカムフィルタのアイソスタティック強度(MPa)を測定した。そして、比較例1のハニカムフィルタのアイソスタティック強度の値を100%とした場合における、各ハニカムフィルタのアイソスタティック強度の比率(%)を算出し、以下の下記評価基準に基づき、各実施例及び比較例のハニカムフィルタの評価を行った。なお、下記評価基準において、「アイソスタティック強度比(%)」とは、比較例1のハニカムフィルタのアイソスタティック強度の値を100%とした場合における、各ハニカムフィルタのアイソスタティック強度の比率(%)のことである。
評価「優」:アイソスタティック強度比(%)が、140%以上である場合、その評価を「優」とする。
評価「良」:アイソスタティック強度比(%)が、120%以上、140%未満である場合、その評価を「良」とする。
評価「可」:アイソスタティック強度比(%)が、100%以上、120%未満である場合、その評価を「可」とする。
評価「不可」:アイソスタティック強度比(%)が、100%未満である場合、その評価を「不可」とする。
【0058】
[耐熱衝撃性評価]
まず、1.4Lガソリンエンジンを搭載するエンジンベンチにて、一定運転条件にて、所定量の煤を発生させ、発生させた煤を、各実施例及び比較例のハニカムフィルタの隔壁の表面に堆積させた。次に、ポストインジェクションによる再生処理を行い、ハニカムフィルタの入口ガス温度を上昇させ、ハニカムフィルタの前後の圧損が低下し始めたところでポストインジェクションを切り、エンジンをアイドル状態に切り替えた。再生処理前の所定量の煤の堆積量を徐々に増加させ、ハニカムフィルタにクラックが生じるまで、上記操作を繰り返して行った。ハニカムフィルタにクラックが生じる煤の堆積量を、各ハニカムフィルタにおける「煤の堆積限界量」とした。そして、以下の評価基準に従い、各実施例及び比較例のハニカムフィルタの「耐熱衝撃性評価」の評価を行った。なお、下記評価基準において、基準となるハニカムフィルタを、比較例1とした。
評価「優」:基準となるハニカムフィルタの「煤の堆積限界量」を100%とした場合に、評価対象のハニカムフィルタの「煤の堆積限界量」が、120%以上の場合、その評価を「優」とする。
評価「良」:基準となるハニカムフィルタの「煤の堆積限界量」を100%とした場合に、評価対象のハニカムフィルタの「煤の堆積限界量」が、110%以上、120%未満の場合、その評価を「良」とする。
評価「可」:基準となるハニカムフィルタの「煤の堆積限界量」を100%とした場合に、評価対象のハニカムフィルタの「煤の堆積限界量」が、100%以上、110%未満の場合、その評価を「可」とする。
評価「不可」:基準となるハニカムフィルタの「煤の堆積限界量」を100%とした場合に、評価対象のハニカムフィルタの「煤の堆積限界量」が、100%未満の場合、その評価を「不可」とする。
【0059】
[圧力損失性能評価]
1.4Lガソリンエンジンから排出される排ガスを、各実施例及び比較例のハニカムフィルタに流入させて、ハニカムフィルタの隔壁にて、排ガス中の煤を捕集した。煤の捕集は、ハニカムフィルタの単位体積(1L)当たりの煤の堆積量が1g/Lとなるまで行った。そして、煤の堆積量が1g/Lとなった状態で、200℃のエンジン排ガスを1.0Nm3/minの流量で流入させて、ハニカムフィルタの流入端面側と流出端面側との圧力を測定した。そして、流入端面側と流出端面側との圧力差を算出することにより、ハニカムフィルタの圧力損失(kPa)を求めた。そして、比較例1のハニカムフィルタの圧力損失の値を100%とした場合における、各ハニカムフィルタの圧力損失の比率(%)を算出し、以下の下記評価基準に基づき、各実施例及び比較例のハニカムフィルタの評価を行った。なお、下記評価基準において、「圧力損失比(%)」とは、比較例1のハニカムフィルタの圧力損失の値を100%とした場合における、各ハニカムフィルタの圧力損失の比率(%)のことである。
評価「優」:圧力損失比(%)が、80%以下である場合、その評価を「優」とする。
評価「良」:圧力損失比(%)が、80%を超え、90%以下である場合、その評価を「良」とする。
評価「可」:圧力損失比(%)が、90%を超え、100%以下である場合、その評価を「可」とする。
評価「不可」:圧力損失比(%)が、100%を超える場合、その評価を「不可」とする。
【0060】
【表2】
【0061】
(実施例2~10)
ハニカムフィルタの構成を、表1に示すように変更した以外は、実施例1のハニカムフィルタと同様の方法でハニカムフィルタを作製した。
【0062】
(比較例1~7)
ハニカムフィルタの構成を、表1に示すように変更した以外は、実施例1のハニカムフィルタと同様の方法でハニカムフィルタを作製した。なお、比較例1,2のハニカムフィルタにおいては、セル形状を、四角形のそれぞれの頂点が、それぞれ1つの円弧状の湾曲部となるように構成された変形四角形とした。比較例1,2のハニカムフィルタにおいて、四角形の各頂点における湾曲部の曲率半径の値を、表1の「第一湾曲部の曲率半径R1(μm)」の欄に記す。
【0063】
(結果)
実施例1~10のハニカムフィルタは、「アイソスタティック強度評価」、「耐熱衝撃性評価」、及び「圧力損失性能評価」の評価において、基準となる比較例1のハニカムフィルタの各性能を上回るものであることが確認できた。従って、実施例1~10のハニカムフィルタは、従来のハニカムフィルタに比して、耐熱衝撃性に優れるとともに、アイソスタティック強度が高く、且つ、圧力損失の低減を実現することができるものであった。
【0064】
比較例3のハニカムフィルタは、2つ曲率中心の中心間距離が50μmと非常に短かったため、アイソスタティック強度評価が「不可」であった。比較例6のハニカムフィルタにおいても、2つ曲率中心の中心間距離が短かったため、アイソスタティック強度評価が「不可」であった。一方で、比較例7のハニカムフィルタは、2つ曲率中心の中心間距離が250μmと非常に長かったため、圧力損失性能評価が「不可」であった。比較例4のハニカムフィルタは、第一湾曲部の曲率半径R1及び第二湾曲部の曲率半径R2が共に小さな値であったため、耐熱衝撃性評価が「不可」であった。一方で、比較例5のハニカムフィルタは、第一湾曲部の曲率半径R1及び第二湾曲部の曲率半径R2が共に大きな値であったため、圧力損失性能評価が「不可」であった。
【0065】
また、実施例1と実施例2の結果から、特定角部における2つの湾曲部の各曲率中心の中心間距離を大きくすることで、ハニカムフィルタの質量が増大し、耐熱衝撃性が向上することが分かった。また、表2の結果から、セルの特定角部に所定の曲率半径の湾曲部を2つ付与することでアイソスタティック強度が向上することが分かった。
【0066】
また、表2の結果から、隔壁の厚さが減少することにより、アイソスタティックが低下する傾向が確認された。また、セル密度が減少することにより、アイソスタティックが低下する傾向が確認された。更に、隔壁の気孔率が減少することにより、アイソスタティックが低下する傾向が確認された。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明のハニカムフィルタは、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタとして利用することができる。
【符号の説明】
【0068】
1:隔壁、2:セル、2a:流入セル、2b:流出セル、3:外周壁、4:ハニカム構造部、5:目封止部、6,6’:第一湾曲部、7,7’:第二湾曲部、8,8’:連結部、9:交点部、11:流入端面、12:流出端面、13:第一辺(変形四角形の主要外形を構成する第一辺)、14:第二辺(変形四角形の主要外形を構成する第二辺)、15,15’:特定角部、100:ハニカムフィルタ、R1,R1’,R2,R2’:曲率半径、O1,O1’,O2,O2’:曲率中心、T,T’:中心間距離、X1:第一方向、X2:第二方向。
図1
図2
図3
図4
図5