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技術 ハニカムフィルタ

出願人 日本碍子株式会社
発明者 篠田成正
出願日 2015年2月26日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-037280
公開日 2016年9月5日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2016-159192
状態 特許登録済
技術分野 触媒による排ガス処理 触媒 ガス中の分散粒子の濾過 濾過材
主要キーワード 凹多角形 フェライト系ステンレス製 凸部面積 最大内接円 制御エラー セラミック成形 高周波誘電加熱 凸領域
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年9月5日)のものです。
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図面 (18)

課題

圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であるハニカムフィルタを提供する。

解決手段

流入端面11から流出端面12まで延びる複数のセル2を、区画形成する多孔質隔壁1を有する柱状のハニカム構造部10を備え、複数のセル2のなかの一部のセルが流入セル2aであり、残りのセルが流出セル2bであり、流入セル2aと流出セル2bとが互いに隣接するように並び、セル2の延びる方向に直交する断面において、流入セル2aが、頂点を8以上有する凹多角形であり、内角が180°未満の頂点を凸頂点とし、内角が180°を超える頂点を凹頂点としたときに、凹頂点を4以上有し、凸領域面積の合計が、流入セル2aの最大内接円の面積の80〜400%であり、隣接する2つのセル2において、隔壁1を挟んで対向するそれぞれのセル2の外周部分の形状が、相補的な形状であるハニカムフィルタ100。

概要

背景

従来、各種エンジン等から排出される排ガスに含まれるススなどの微粒子(以下、PM(Particulate Matter)と記す場合がある)を除去して排ガスを浄化するために、ハニカム構造フィルタハニカムフィルタ)が用いられている。ハニカムフィルタは、ハニカム構造のハニカム基材と、このハニカム基材の所定のセルである流入セル流出端面側の開口部及び残余のセルである流出セル流入端面の開口部に配設された目封止部とを備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。そして、ハニカム基材は、具体的には、排ガスの流路となる複数のセルを区画形成する多孔質隔壁を有している。

ハニカムフィルタは、流入端部側から微粒子を含む排ガスを流入させると、隔壁で微粒子を濾過し、浄化されたガス流出端部側から排出する。ハニカムフィルタは、このようにして排ガスを浄化するものである。

そして、ハニカムフィルタの内部に溜まったPMは、適当な間隔ごとに排ガスの温度を上昇させたり、電気ヒータ等で加熱したりすることにより燃焼されている。このようにして、ハニカムフィルタは、その内部にPMが溜まりすぎないようにしている。ハニカムフィルタ内部にPMが堆積し過ぎると、PMの燃焼の際に生じる熱応力によってハニカムフィルタにクラックが発生する場合があるためである。

概要

圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であるハニカムフィルタを提供する。流入端面11から流出端面12まで延びる複数のセル2を、区画形成する多孔質の隔壁1を有する柱状のハニカム構造部10を備え、複数のセル2のなかの一部のセルが流入セル2aであり、残りのセルが流出セル2bであり、流入セル2aと流出セル2bとが互いに隣接するように並び、セル2の延びる方向に直交する断面において、流入セル2aが、頂点を8以上有する凹多角形であり、内角が180°未満の頂点を凸頂点とし、内角が180°を超える頂点を凹頂点としたときに、凹頂点を4以上有し、凸領域面積の合計が、流入セル2aの最大内接円の面積の80〜400%であり、隣接する2つのセル2において、隔壁1を挟んで対向するそれぞれのセル2の外周部分の形状が、相補的な形状であるハニカムフィルタ100。

目的

本発明の課題とするところは、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であるハニカムフィルタを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

流体流路となり、流体の流入側の端面である流入端面から流体の流出側の端面である流出端面まで延びる複数のセルを、区画形成する多孔質隔壁を有する柱状のハニカム構造部を備え、前記複数のセルのなかの一部のセルが、前記流入端面側が開口するとともに前記流出端面側に目封止部が形成された流入セルであり、前記複数のセルのなかの残りのセルが前記流入端面側に目封止部が形成されるとともに前記流出端面側が開口する流出セルであり、前記流入セルと前記流出セルとが互いに隣接するように並び、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルが、頂点を8以上有する凹多角形であり、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルが、内角が180°未満の頂点を凸頂点とし、内角が180°を超える頂点を凹頂点としたときに、前記凹頂点を4以上有し、前記流入セルの前記セルの延びる方向に直交する断面において、1以上の前記凸頂点を挟んで隣接する2つの前記凹頂点を一対の凹頂点とし、前記一対の凹頂点間を結んだ線分を凹頂点間線分としたときに、前記凹頂点間線分が少なくとも4本形成され、少なくとも前記凹頂点間線分の全てを含み前記凹頂点間線分のみでは多角形が形成されない場合には前記セルの外周の一部を更に含む多角形が前記流入セル内に形成され、形成された前記多角形が前記一対の凹頂点を有さない場合には、前記形成された多角形を内部多角形とし、形成された前記多角形が、前記一対の凹頂点を有する場合には、再度、前記一対の凹頂点を線分で結んで新たな凹頂点間線分を形成して、前記多角形内に新たな前記多角形を形成するという操作を1回以上繰り返して前記セル内の最も内側に形成される前記新たな多角形が前記一対の凹頂点を有さない多角形になったときに前記新たな多角形を内部多角形とし、前記流入セル内において前記内部多角形の各辺から外側に突き出るように形成された領域を、凸領域としたときに、前記凸領域の面積の合計が、前記流入セルの最大内接円の面積の80〜400%であり、隣接する2つの前記セルにおいて、前記隔壁を挟んで対向するそれぞれの前記セルの外周部分の形状が、相補的な形状であるハニカムフィルタ

請求項2

前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記セルの形状が4〜8回対称である請求項1に記載のハニカムフィルタ。

請求項3

前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記セルの形状が、前記凹頂点と前記凸頂点とが交互に並ぶ形状である請求項1又は2に記載のハニカムフィルタ。

請求項4

それぞれの前記セル内には、中実突起構造が形成されていない請求項1〜3のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

請求項5

前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記凸領域を構成する前記内部多角形のそれぞれの辺を、それぞれの前記凸領域の底辺とし、前記凸領域の底辺に直交する方向における前記凸領域の長さを凸領域の高さとしたときに、前記凸領域の高さが前記凸領域の底辺の長さの0.6〜3.0倍である請求項1〜4のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

請求項6

前記凸領域において、前記底辺の長さが、前記凸領域の前記底辺の延びる方向における最大長さである請求項5に記載のハニカムフィルタ。

請求項7

前記ハニカム構造部に触媒担持された請求項1〜6のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

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、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であるハニカムフィルタに関する。

背景技術

0002

従来、各種エンジン等から排出される排ガスに含まれるススなどの微粒子(以下、PM(Particulate Matter)と記す場合がある)を除去して排ガスを浄化するために、ハニカム構造フィルタ(ハニカムフィルタ)が用いられている。ハニカムフィルタは、ハニカム構造のハニカム基材と、このハニカム基材の所定のセルである流入セル流出端面側の開口部及び残余のセルである流出セル流入端面の開口部に配設された目封止部とを備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。そして、ハニカム基材は、具体的には、排ガスの流路となる複数のセルを区画形成する多孔質隔壁を有している。

0003

ハニカムフィルタは、流入端部側から微粒子を含む排ガスを流入させると、隔壁で微粒子を濾過し、浄化されたガス流出端部側から排出する。ハニカムフィルタは、このようにして排ガスを浄化するものである。

0004

そして、ハニカムフィルタの内部に溜まったPMは、適当な間隔ごとに排ガスの温度を上昇させたり、電気ヒータ等で加熱したりすることにより燃焼されている。このようにして、ハニカムフィルタは、その内部にPMが溜まりすぎないようにしている。ハニカムフィルタ内部にPMが堆積し過ぎると、PMの燃焼の際に生じる熱応力によってハニカムフィルタにクラックが発生する場合があるためである。

先行技術

0005

特開2014−069158号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上述のように、ハニカムフィルタは、その内部に所定量以上のPMが溜まった場合、PMの燃焼の際に生じる熱応力が増大し、クラックが発生することがある。そのため、ハニカムフィルタは、内部に過剰にPMが溜まらないようにすることが重要である。そこで、ハニカムフィルタ内部におけるPMの堆積状態を推察する手段として、ハニカムフィルタの圧力損失を測定することが採用されている。即ち、PMの堆積量と圧力損失とは相関関係があるため、圧力損失からPMの堆積量を推察することが行われている。

0007

しかしながら、特許文献1に記載のフィルタは、PMの堆積量と圧力損失について相関関係があるものの、PMの堆積量を精度良く測定できないことがある。つまり、圧力損失の値から想定されるPM堆積量と実際のPM堆積量に大きな差がある場合があった。この場合、ハニカムフィルタ内部にPMが堆積し過ぎてしまうことがあった。

0008

そのため、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であるハニカムフィルタの開発が求められていた。

0009

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。本発明の課題とするところは、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であるハニカム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

0010

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。

0011

[1]流体の流路となり、流体の流入側の端面である流入端面から流体の流出側の端面である流出端面まで延びる複数のセルを、区画形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部を備え、前記複数のセルのなかの一部のセルが、前記流入端面側が開口するとともに前記流出端面側に目封止部が形成された流入セルであり、前記複数のセルのなかの残りのセルが前記流入端面側に目封止部が形成されるとともに前記流出端面側が開口する流出セルであり、前記流入セルと前記流出セルとが互いに隣接するように並び、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルが、頂点を8以上有する凹多角形であり、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルが、内角が180°未満の頂点を凸頂点とし、内角が180°を超える頂点を凹頂点としたときに、前記凹頂点を4以上有し、前記流入セルの前記セルの延びる方向に直交する断面において、1以上の前記凸頂点を挟んで隣接する2つの前記凹頂点を一対の凹頂点とし、前記一対の凹頂点間を結んだ線分を凹頂点間線分としたときに、前記凹頂点間線分が少なくとも4本形成され、少なくとも前記凹頂点間線分の全てを含み前記凹頂点間線分のみでは多角形が形成されない場合には前記セルの外周の一部を更に含む多角形が前記流入セル内に形成され、形成された前記多角形が前記一対の凹頂点を有さない場合には、前記形成された多角形を内部多角形とし、形成された前記多角形が、前記一対の凹頂点を有する場合には、再度、前記一対の凹頂点を線分で結んで新たな凹頂点間線分を形成して、前記多角形内に新たな前記多角形を形成するという操作を1回以上繰り返して前記セル内の最も内側に形成される前記新たな多角形が前記一対の凹頂点を有さない多角形になったときに前記新たな多角形を内部多角形とし、前記流入セル内において前記内部多角形の各辺から外側に突き出るように形成された領域を、凸領域としたときに、前記凸領域の面積の合計が、前記流入セルの最大内接円の面積の80〜400%であり、隣接する2つの前記セルにおいて、前記隔壁を挟んで対向するそれぞれの前記セルの外周部分の形状が、相補的な形状であるハニカムフィルタ。

0012

[2] 前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記セルの形状が4〜8回対称である前記[1]に記載のハニカムフィルタ。

0013

[3] 前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記セルの形状が、前記凹頂点と前記凸頂点とが交互に並ぶ形状である前記[1]又は[2]に記載のハニカムフィルタ。

0014

[4] それぞれの前記セル内には、中実突起構造が形成されていない前記[1]〜3のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

0015

[5] 前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記凸領域を構成する前記内部多角形のそれぞれの辺を、それぞれの前記凸領域の底辺とし、前記凸領域の底辺に直交する方向における前記凸領域の長さを凸領域の高さとしたときに、前記凸領域の高さが前記凸領域の底辺の長さの0.6〜3.0倍である前記[1]〜[4]のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

0016

[6] 前記凸領域において、前記底辺の長さが、前記凸領域の前記底辺の延びる方向における最大長さである前記[5]に記載のハニカムフィルタ。

0017

[7] 前記ハニカム構造部に触媒担持された前記[1]〜[6]のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

発明の効果

0018

本発明のハニカムフィルタは、凸領域の面積の合計が、流入セルの最大内接円の面積の80〜400%であるため、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能である。

図面の簡単な説明

0019

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斜視図である。
本発明のハニカムフィルタの一の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの一の実施形態の一方の端面における流入セルを拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの他の実施形態の一方の端面における流入セルを拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
比較例1のハニカムフィルタにおける一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
比較例2のハニカムフィルタにおける一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
比較例3のハニカムフィルタにおける一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。
ハニカムフィルタにおけるPMの堆積量と圧力損失との関係を示すグラフである。

0020

以下、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の形態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、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

0021

[1]ハニカムフィルタ:
本発明のハニカムフィルタの一実施形態は、図1に示すハニカムフィルタ100である。ハニカムフィルタ100は、流体の流路となり、流体の流入側の端面である流入端面11から流体の流出側の端面である流出端面12まで延びる複数のセル2を、区画形成する多孔質の隔壁1を有する柱状のハニカム構造部10を備えている。ハニカムフィルタ100は、複数のセル2のなかの一部のセルが、流入端面11側が開口するとともに流出端面12側に目封止部が形成された流入セル2aである。ハニカムフィルタ100は、複数のセル2のなかの残りのセルが流入端面11側に目封止部8が形成されるとともに流出端面12側が開口する流出セル2bである。そして、ハニカムフィルタ100は、流入セル2aと流出セル2bとが互いに隣接するように並んでいる。ハニカムフィルタ100は、セル2の延びる方向に直交する断面において、流入セル2aが、頂点を8以上有する凹多角形である(図2参照)。また、ハニカムフィルタ100は、内角が180°未満の頂点を凸頂点21とし、内角が180°を超える頂点を凹頂点23としたときに、セル2の延びる方向に直交する断面において、流入セル2aが、凹頂点23を4以上有している。

0022

そして、ハニカムフィルタ100は、以下のようにして決定される凸領域31の面積の合計が、流入セル2aの最大内接円S(図3図4参照)の面積の80〜400%である。また、ハニカムフィルタ100は、隣接する2つのセル2において、隔壁1を挟んで対向するそれぞれのセル2の外周部分の形状が、相補的な形状である。

0023

凸領域31は、以下のようにして決定される。図3図4を参照しつつ説明する。流入セル2aにおけるセル2の延びる方向に直交する断面において、1以上の凸頂点21を挟んで隣接する2つの凹頂点23を「一対の凹頂点」23aとする。そして、一対の凹頂点23a間を結んだ線分を凹頂点間線分35とする。このときに、凹頂点間線分35は少なくとも4本形成される。そして、凹頂点間線分35の全てを含んで形成される多角形T1を得る(第1ステップ)(図3参照)。但し、凹頂点間線分のみでは多角形が形成されない場合には、凹頂点間線分とセルの外周の一部とからなる多角形を得る。そして、第1ステップで形成された多角形T1が一対の凹頂点23aを有さない場合には、形成された多角形T1を内部多角形40とする(図3参照)。一方、形成された多角形が、未だに一対の凹頂点23aを有する場合(図4参照)には、再度、一対の凹頂点23aを線分で結んで新たな凹頂点間線分35を形成する。このようにして一対の凹頂点23aを有する多角形内に「新たな多角形」を形成するという操作を1回以上繰り返す(第2ステップ)。その後、流入セル2a内の最も内側に形成される新たな多角形が一対の凹頂点23aを有さない多角形になったときに、この新たな多角形T2を内部多角形40とする(図4参照)。このようにして内部多角形40を得た後、流入セル2a内において内部多角形40の各辺から外側に突き出るように形成された領域を、凸領域31とする。

0024

このようなハニカムフィルタ100は、凸領域の面積の合計が、流入セル2aの最大内接円の面積の80〜400%であるため、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能である。

0025

具体的には、ハニカムフィルタにおいて、PMの堆積量と圧力損失とは相関関係があり、圧力損失からPMの堆積量を推察することが可能である。特に、上記凸領域を有する流入セルでは、凸領域から優先的にPMが堆積する。この凸領域にPMが堆積する間は、圧力損失の増加の程度は緩やかである。しかし、凸領域がPMで埋もれた後は、圧力損失の増加の程度が急になる(即ち、圧力損失が急上昇する)。図17に示すように、PMの堆積量が許容範囲の上限Tに近づくと、圧力損失の増加の程度が急になるので、ハニカムフィルタにおけるPMの堆積量が許容範囲の上限Tに近づいたことが分かる。そのため、本発明のハニカムフィルタは、ススなどの堆積状態を正確に検知可能である。

0026

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斜視図である。図2は、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。図3は、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態の一方の端面における流入セルを拡大して模式的に示す拡大図である。図4は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態の一方の端面における流入セルを拡大して模式的に示す拡大図である。図17は、ハニカムフィルタにおけるPMの堆積量と圧力損失との関係を示すグラフである。

0027

ハニカムフィルタ100は、側面に外周壁20(図1参照)を更に備えていてもよい。

0028

[1−1]セル:
凸領域31の面積の合計は、流入セル2aの最大内接円の面積の80〜400%であり、100〜350%であることが好ましく、120〜300%であることが更に好ましく、130〜250%であることが特に好ましい。このような範囲を採用することにより、ススなどの堆積状態について、圧力損失を測定することで正確に検知可能である。つまり、ススなどの堆積量が許容範囲の上限に近づくと、圧力損失が急に上昇する。そのため、圧力損失を測定することで、堆積量が許容範囲の上限に近づいたことが分かる。凸領域の面積の合計が80%未満であると、ススなどの堆積量が許容範囲の上限に近づいていないにもかかわらず、圧力損失が急に上昇してしまう。つまり、ススなどを堆積することが未だ可能であるにもかかわらず、圧力損失が急に上昇し、堆積量が過剰であると誤認してしまうことになる。また、凸領域の面積の合計が400%超であると、ススなどの堆積量が許容範囲の上限を超えているにもかかわらず、圧力損失が一定の増加をするだけになる。即ち、ススなどの堆積量が許容範囲の上限に近づいたことが検知できない。

0029

なお、複数ある流入セルは、その一部又は全部が上記条件を満たす凹多角形であればよい。これらの流入セルは、全ての流入セルのうちの10〜100%が上記条件を満たす凹多角形であることが好ましく、50〜100%が上記条件を満たす凹多角形であることが好ましい。

0030

ハニカムフィルタ100は、セル2の延びる方向に直交する断面において、流入セル2aの形状が、4角形、6角形、8角形、又は12角形の少なくとも一辺が内側に折れ曲がることで頂点(凹頂点)が形成されて得られる凹多角形であることが好ましい。流入セル2aの形状は、4角形、6角形、8角形、又は12角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで頂点が形成されて得られる凹多角形であることが更に好ましい。また、8角形においては、対向する一対の辺のうち互いに直交する2組の辺が内側に折れ曲がることで頂点が形成されて得られる凹多角形であることが更に好ましい。凹頂点は、湾曲していてもよい。

0031

このような構成においては、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能である。

0032

図2は、流入セル2aの形状が、4角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた8角形の凹多角形である例を示している。なお、図2に示す流入セル2aの形状は、4角形の全ての辺が当該辺の両端から内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた凹多角形である。

0033

図5は、流入セル2aの形状が、4角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた16角形の凹多角形である例を示している。なお、図5に示す流入セル2aの形状は、4角形の全ての辺が当該辺の途中から内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた凹多角形である。図5は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。

0034

図6は、流入セル2aの形状が、8角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた16角形の凹多角形である例を示している。なお、図6に示す流入セル2aの形状は、6角形の全ての辺が当該辺の両端から内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた凹多角形である。図6は、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。

0035

図7図9は、流入セル2aの形状が、8角形の8つ辺の中で、対向する一対の辺のうち互いに直交する2組の辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られる12角形の凹多角形である例を示している。この12角形の凹多角形は、十字状ということもできる。なお、図7に示す流出セル2bは、セル2の延びる方向に直交する断面における形状が、全て同じ大きさ(面積)の正方形である。図9に示す流出セル2bは、セル2の延びる方向に直交する断面における形状が、大きさの異なる2種の正方形である。また、図8においては、流出セル2bとして、上述の「12角形の凹多角形」のものと正方形のものとが混在している例を示している。

0036

図7図9は、それぞれ、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。

0037

「流入セルの最大内接円」とは、セルの延びる方向に直交する断面において、凹多角形である流入セル内に描くことができる最大の内接円のことをいう。

0038

「凹多角形」とは、内角のうち一つ以上が180度より大きい角からなる多角形のことである。

0039

本発明のハニカムフィルタの更に他の態様としては、図10図13に示すものを挙げることができる。図10は、流入セル2aの形状が、8角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた16角形の凹多角形である例を示している。なお、図10においては、全ての凸頂点の角度が90°未満であり、図6においては、全ての凸頂点の角度が90°である。図11図13は、流入セル2aの形状が、6角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた16角形の凹多角形である例を示している。なお、図11に示す流出セル2bは、セル2の延びる方向に直交する断面における形状が、全て同じ大きさ(面積)の菱形である。図13に示す流出セル2bは、セル2の延びる方向に直交する断面における形状が、六角形である。

0040

図12は、流入セル2aの形状が、12角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた20角形の凹多角形である例を示している。なお、図12に示す流出セル2bは、セル2の延びる方向に直交する断面において、凹頂点の角度が270°である。別言すれば、図12に示す流出セル2bの、セル2の延びる方向に直交する断面における形状は、四角形の各辺に凹状の溝が形成されて得られる形状ということができる。

0041

図10図13は、それぞれ、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。

0042

セルの延びる方向に直交する断面において、セルの形状が4〜8回対称であることが好ましい。このようにすることで、ハニカムフィルタを成形しやすく、また、強度が高くなる。図5図8に示すハニカムフィルタ100の流入セル2aは、セルの延びる方向に直交する断面における形状が4〜8回対称のものである。

0043

セルの延びる方向に直交する断面において、セルの形状は、凹頂点と凸頂点とが交互に並ぶ形状であることが好ましい。このようにすると、ハニカムフィルタが成形しやすい。例えば、図2に示す流出セル2bは、セル2の延びる方向に直交する断面における形状が、凹頂点23と凸頂点21とが交互に並ぶ形状である。

0044

ハニカムフィルタ100は、それぞれのセル2内には、中実の突起構造が形成されていないことが好ましい。このようにすることで、ハニカムフィルタ100の圧力損失が低くなる。なお、「中実の突起構造が形成されていない」とは、図15図16に示すように、セル2の内部に向かって突出する中実の突起物(壁)15が形成されていないことを意味する。別言すれば、その内部を排ガスが透過するためのフィルタとして機能し難い部分が形成されていないことを意味する。つまり、流入セルのセル2の延びる方向に直交する断面における形状を決定するに当たり、上記突起物(突起構造)は考慮されるものではないことを意味する。

0045

図3に示すように、セルの延びる方向に直交する断面において、凸領域31を構成する内部多角形40のそれぞれの辺を、それぞれの凸領域31の底辺33とし、凸領域31の底辺33に直交する方向における凸領域31の長さを凸領域31の高さ34とする。このとき、本発明のハニカムフィルタは、凸領域の高さが凸領域の底辺の長さの0.6〜3.0倍であることが好ましく、0.8〜2.7倍であることが更に好ましく、0.9〜2.5倍であることが特に好ましい。このような範囲を採用することにより、ススなどの堆積量が許容範囲に近づく直前で圧力損失が急上昇する。そのため、圧力損失を測定することでススなどの堆積量が許容範囲の限界に近づいたことを容易に検知できる。上記下限値未満であると、ススなどの堆積量が許容範囲の上限を超えていても圧力損失が一定に増加し続ける(即ち、圧力損失の急上昇が観察されない)。そのため、即ち、許容範囲の上限に近づいたことが検知できないおそれがある。また、上記上限値超であると、ススなどを堆積することが未だ十分に可能であるにもかかわらず圧力損失が急上昇してしまう。そのため、ススなどの堆積量が過剰な状態であると誤認するおそれがある。また、ススなどがセルに詰まり易くなるおそれがある。

0046

更に、凸領域において、底辺の長さは、凸領域の底辺の延びる方向における最大長さであることが好ましい。このような範囲を採用することにより、更に、ススがセルに詰まり難くなる。

0047

[1−2]ハニカム構造部:
ハニカム構造部10は、複数のセル2を区画形成する隔壁1を有している。この隔壁1の気孔率は、特に制限はない。例えば、気孔率は、25〜80%であることが好ましく、30〜76%であることが更に好ましく、35〜72%であることが特に好ましい。このような範囲を採用することにより、破損し難く且つ圧力損失が低くなる。隔壁の気孔率が下限値未満であると、圧力損失が高くなりすぎるおそれがある。また、隔壁の気孔率が上限値超であると、ハニカムフィルタを使用する際に発生する応力に耐えられずに破損するおそれがある。なお、隔壁の気孔率は、水銀圧入法によって測定した値である。

0048

ハニカム構造部10の隔壁1の厚さは、40〜600μmであることが好ましく、80〜500μmであることが更に好ましく、150〜450μmであることが特に好ましい。隔壁の厚さが下限値未満であると、ハニカムフィルタを使用する際に発生する応力に耐えられずに破損するおそれがある。上限値超であると、圧力損失が高くなりすぎるおそれがある。

0049

隔壁1の材料としては、セラミックを主成分とすることが好ましい。具体的には、炭化珪素珪素炭化珪素系複合材料コージェライトムライトアルミナチタン酸アルミニウム窒化珪素、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料からなる群から選択される少なくとも1種が更に好ましい。

0050

ハニカム構造部10のセル2の延びる方向の長さは、40〜450mmとすることができる。

0051

[1−3]目封止部:
目封止部の材質は、隔壁の材質として好ましいとされた材質であることが好ましい。目封止部の材質と隔壁の材質とは、同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。

0052

目封止部の深さは、例えば、3〜20mmとすることができる。

0053

[1−4]触媒:
ハニカム構造部には、触媒が担持されていることが好ましい。触媒が担持されることにより、排ガスを浄化できる。触媒としては、例えば、酸化触媒三元触媒還元触媒などを挙げることができる。

0054

触媒の担持量は、特に制限はない。触媒の担持量は、10〜500g/Lであることが好ましく、20〜400g/Lであることが更に好ましく、30〜300g/Lであることが特に好ましい。触媒の担持量が10g/L未満であると、ハニカムフィルタによる浄化性能が十分に発現しないことがある。また、触媒の担持量が500g/Lを超えると、セルの断面積が小さくなり、圧力損失が増大してしまうことがある。なお、本明細書中、担持量(g/L)とは、ハニカム構造部の単位体積(1L)あたりに担持される触媒の量(g)のことである。

0055

[2]ハニカムフィルタの製造方法:
本発明のハニカムフィルタの製造方法について説明する。ハニカムフィルタを作製する際には、まず、セラミック原料を含有する成形原料を混合し混練して坏土を得る。セラミック原料としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト、コージェライト化原料、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ゼオライトバナジウム及びアルミニウムチタネートからなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。なお、コージェライト化原料とは、シリカが42〜56質量%、アルミナが30〜45質量%、マグネシアが12〜16質量%の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料である。コージェライト化原料は、焼成されてコージェライトになるものである。

0056

また、成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒有機バインダ無機バインダ界面活性剤造孔材等を更に混合して調製することが好ましい。各原料組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカムフィルタの構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。

0057

分散媒としては、水を用いることができる。分散媒の添加量は、セラミック原料100質量部に対して、10〜30質量部であることが好ましい。

0058

有機バインダとしては、メチルセルロースヒドロキシプロピルメチルセルロースヒドロキシプロピルエチルセルロースヒドロキシエチルセルロースカルボキシメチルセルロースポリビニルアルコール、又はこれらを組み合わせたものとすることが好ましい。また、有機バインダの添加量は、セラミック原料100質量部に対して、0.5〜5質量部が好ましい。

0059

界面活性剤としては、エチレングリコールデキストリン脂肪酸石鹸ポリアルコール等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の添加量は、セラミック原料100質量部に対して、0.5〜2質量部が好ましい。

0060

造孔材としては、樹脂粒子デンプンカーボン等を用いることができる。造孔材は、作製するハニカムフィルタの隔壁に細孔を形成するためのものである。造孔材の添加量は、作製するハニカムフィルタの隔壁の平均細孔径や気孔率を考慮して適宜調整することが好ましい。

0061

成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。

0062

次に、得られた坏土を成形して、円柱状のハニカム成形体を形成する。ハニカム成形体は、複数のセルを区画形成する隔壁を有するものである。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形射出成形等の公知の成形方法を用いることができる。

0063

このようにハニカム成形体を形成する場合、凸領域の面積の合計が、流入セルの最大内接円の面積の80〜400%となるように、流入セルと流出セルを形成する。

0064

次に、得られたハニカム成形体を乾燥する。乾燥方法は、例えば、熱風乾燥マイクロ波乾燥誘電乾燥減圧乾燥真空乾燥凍結乾燥等を挙げることができる。なかでも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組み合わせて行うことが好ましい。

0065

次に、ハニカム成形体を焼成する。ハニカム成形体を焼成する前には、このハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものである。仮焼の方法については特に制限はない。例えば、ハニカム成形体中の有機物の少なくとも一部を除去することができればよい。上記有機物としては、有機バインダ、界面活性剤、造孔材等を挙げることができる。有機バインダの燃焼温度は100〜300℃程度である。このため、仮焼は、酸化雰囲気において、200〜1000℃程度で、10〜100時間程度加熱することが好ましい。

0066

ハニカム成形体の焼成は、仮焼した成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われるものである。焼成の条件は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、1350〜1440℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、3〜10時間が好ましい。仮焼、本焼成を行う装置としては、電気炉ガス炉等を挙げることができる。このようにしてハニカム成形体を仮焼、焼成することにより、ハニカムフィルタを得ることができる。

0067

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

0068

(実施例1)
具体的には、まず、セラミック原料を含有する成形原料を用いて、ハニカム成形体を成形するための坏土を調製した。セラミック原料として、コージェライト化原料を用いた。コージェライト化原料に、分散媒、有機バインダ、造孔材を添加して、成形用の坏土を調製した。分散媒の添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、30質量部とした。有機バインダの添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、6質量部とした。造孔材の添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、1質量部とした。得られたセラミック成形原料を、ニーダーを用いて混練して、坏土を得た。

0069

次に、得られた坏土を、真空押出成形機を用いて押出成形し、ハニカム成形体を得た。このとき、ハニカム成形体に形成される複数のセルの断面形状が、図1に示す形状となるようにした。

0070

次に、ハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて120℃で2時間乾燥して、ハニカム乾燥体を得た。得られたハニカム乾燥体の流入端面における所定のセル(流出セルとなるセル)の開口部、及び流出端面における残余のセル(流入セルとなるセル)の開口部に目封止部を配設した。その後、1350〜1450℃で10時間焼成してハニカムフィルタを得た。

0071

作製したハニカムフィルタは、セルの延びる方向の長さ(全長)が153mmであり、流入端面及び流出端面の外径が144mmの円柱状のものであった。また、隔壁の厚さは0.3mmであった。また、ハニカムフィルタの隔壁の気孔率は50%であった。気孔率は、水銀圧入法によって測定した。

0072

次に、作製したハニカムフィルタを、流入口及び流出口を有する金属製(具体的には、フェライト系ステンレス製)の缶体内収納した。収納に際しては、セラミックス繊維を主成分とするマットでハニカムフィルタの外周を覆い、ハニカムフィルタを缶体内に圧入して固定した。このようにして、排ガス浄化装置を作製した。

0073

排気量2Lのディーゼルエンジンからの排気系統に排ガス浄化装置を取りつけた。その後、排ガスの条件が、温度200℃、流量2Nm3/分となるように運転し、圧力損失と堆積したPM量を測定した。

0074

圧力損失は、差圧計を用いて測定した。また、堆積したPM量は、上記運転後、上記缶体を排気系統から取り外して缶体の質量を測定し、上記運転前後の質量を重量計で測定することで算出した。上記運転は、ハニカムフィルタ内に13g/LのPMが堆積するか、あるいは、圧力損失の上昇によってエンジンの制御エラーが発生するまで行った。

0075

[圧力損失の傾きの変化
測定したPM量をx軸とし、圧力損失をy軸としてグラフを作成した。そして、このグラフから、各PM量において「圧力損失の傾き」=dy/dxとして計算した。

0076

PM量が2g/L以上の場合において「圧力損失の傾き」÷「2g/Lにおける圧力損失の傾き」の最大値が、1.6倍以上である場合を「A」とした。また、1.3倍以上で1.6倍未満である場合を「B」とした。また、1.3倍未満である場合を「C」とした。結果を表1に示す。

0077

[圧力損失の傾きの変化におけるPM量]
PM量が2g/L以上の場合において「「圧力損失の傾き」÷「2g/Lにおける圧力損失の傾き」が1.3倍以上」を満たす最小のPM量を「圧力損失の傾きの変化におけるPM量」として計算した。表1、表2中、「PM量」と記す。

0078

上記「圧力損失の傾きの変化におけるPM量」が4g/L以上で8g/L未満である場合を「OK」とした。また、4g/L未満又は8g/L以上である場合を「NG」とした。結果を表1に示す。

0079

表1、2中、「形状」は、セルの断面形状を示す。例えば、「図2」とは、図2に示すような配置でセルが形成されていることを意味する。つまり、ハニカム構造部の端面が、図2のように見えることを意味する。「内接円の直径」は、流入セルにおける最大内接円の直径を示す。「凸部底辺」は、凸領域の底辺の長さを示す。「凸部高さ」は、凸領域の高さを示す。「凸部面積合計/内接円の面積の割合」は、(凸部面積合計/最大内接円の面積)×100により算出される値である。ここで、「凸部面積合計」は、流入セルにおける凸領域の総面積を意味する。「凸部高さ/凸部底辺長さの比の値」は、(凸領域の高さ/凸領域の底辺の長さ)により算出される値である。

0080

0081

(実施例2〜24、比較例1〜8)
表1、2に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、「圧力損失の傾きの変化」及び「圧力損失の傾きの変化におけるスス量」の評価を行った。結果を表1、2に示す。

0082

比較例1では、図14に示すように、流入セル2aと流出セル2bとの形状(セル2の延びる方向に直交する断面における形状)が、それぞれ正方形であり、流入セル2aと流出セル2bとが交互に配置されている。比較例2、3では、図15図16に示すように、図14に示す流入セル2aの各隔壁1から流入セル2a内に向かって中実の突起物(突起構造)15が突出している。なお、比較例3では、セルの延びる方向に直交する断面において、各角部が面取りされた四角形の流入セルの面積が、四角形の流出セルの面積より大きい。

0083

実施例

0084

表1、2から、実施例1〜24のハニカムフィルタは、比較例1〜8のハニカムフィルタに比べて、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であることが分かる。

0085

本発明のハニカムフィルタは、自動車等から排出される排ガスを浄化するフィルタとして採用することができる。

0086

1:隔壁、2:セル、2a:流入セル、2b:流出セル、8:目封止部、10:ハニカム構造部、11:流入端面、12:流出端面、15:突起物、20:外周壁、21:凸頂点、23:凹頂点、23a:一対の凹頂点、31:凸領域、33:底辺、34:高さ、35:凹頂点間線分、40:内部多角形、100:ハニカムフィルタ、S:最大内接円、T1,T2:多角形。

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