JP2004000896A - ハニカムフィルター - Google Patents

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Abstract

【課題】使用による圧力損失の経時的な増加が少ないハニカムフィルターを提供する。
【解決手段】被処理流体の流入端面４２及び流出端面４４と、流入端面４２から流出端面４４まで延びる多孔質の隔壁２と、隔壁２により仕切られ流入端面４２から流出端面４４まで貫通する多数の流通孔３ａ及び３ｂとを有し、流入端面４２において所定の流通孔３ａが封止されており、流出端面４４において残余の所定の流通孔３ｂが封止されているハニカムフィルター１である。流入端面４２において封止されている流通孔３ａの断面積の合計をＡ（ｍｍ２）、流出端面４４において封止されている流通孔３ｂの断面積の合計をＢ（ｍｍ２）とした場合に、Ａ＜Ｂの関係であるハニカムフィルター１である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子捕集等の気体の濾過、上下水などの液体の濾過に用いることができる多孔質のハニカムフィルターに関し、特に使用による圧力損失の増大が少ないハニカムフィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子や有害物質は、環境への影響を考慮して排ガス中から除去する必要性が高まっている。特にディーゼルエンジンから排出される微粒子（以下ＰＭという）の除去に関する規制は欧米、日本国内ともに強化される方向にあり、ＰＭを除去するための捕集フィルター（以下ＤＰＦという）にハニカム構造フィルターの使用が注目されている。また、上下水などの液体の濾過にもハニカムフィルターが使用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】この様な目的で使用されるハニカムフィルターは、一般に、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、被処理流体の流入端面４２及び流出端面４４と、端面４２から端面４４まで延びる隔壁２と、隔壁２により仕切られ流入端面４２から流出端面４４まで貫通する多数の断面四角形状の流通孔３ａ及び３ｂとを有し、端面が市松模様状を呈するように、隣接する流通孔３ａ及び３ｂが互いに反対側となる一方の端部で封止された構造を有する。この様な構造を有するハニカムフィルターにおいて、気体や液体などの被処理流体は、流入端面４２において開口している流通孔３ｂ、即ち流出端面４４において封止されている流通孔３ｂに流入し、多孔質の隔壁２を通って隣の流通孔３ａ、即ち流入端面４２において封止され、流出口側端面４４において開口している流通孔３ａから排出される。この際、隔壁２がフィルターとなり、捕捉されたものは隔壁上に堆積する（例えば特許文献１参照）。
【０００４】この様なフィルターを用いた場合、濾過抵抗などによる圧力損失が問題となり、圧力損失の小さなフィルターが求められている。一般にフィルターを使用すると経時的にフィルター上に堆積物が堆積し、圧力損失が増大するため、経時変化による圧力損失の増加が少ないハニカムフィルターが求められている。特にハニカムフィルターをＤＰＦに用いた場合には、圧力損失の増大により、内燃機関の出力低下や燃費の悪化を招くため、圧力損失の経時的な増加が少ないハニカムフィルターが特に求められている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−３０１１１４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、使用による圧力損失の経時的な増加が少ないハニカムフィルターを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、被処理流体の流入端面及び流出端面と、前記流入端面から前記流出端面まで延びる多孔質の隔壁と、前記隔壁により仕切られ、前記流入端面から前記流出端面まで貫通する多数の流通孔とを有し、前記流入端面において所定の流通孔が封止されており、前記流出端面において残余の所定の流通孔が封止されているハニカムフィルターであって、前記流入端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面積の合計をＡ（ｍｍ２）、前記流出端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面積の合計をＢ（ｍｍ２）とした場合に、Ａ＜Ｂの関係であることを特徴とするハニカムフィルターを提供するものである。
【０００８】本発明において、前記ＢがＡに対して、（Ａ×１．１）≦Ｂ≦（Ａ×１５）の範囲であることが好ましく、流入端面において封止されている流通孔１個当たりの、流通孔の長手方向に対する垂直断面における平均面積をＣ（ｍｍ２／１流通孔）、流出端面において封止されている流通孔１個当たりの、前記垂直断面積における平均面積をＤ（ｍｍ２／１流通孔）とした場合に、Ｃ＜Ｄの関係であることも好ましい。また、一の隔壁を挟んだ両側の流通孔が互いに反対側の端面において封止されており、流入端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面形状と、流出端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面形状が異なることも好ましく、流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の断面形状が、所定形状を一単位とした繰り返しにより構成されていることも好ましい。また、流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の断面積の合計をＥ（ｍｍ２）とした場合に、前記Ａ（ｍｍ２）と前記Ｂ（ｍｍ２）と前記Ｅ（ｍｍ２）との関係が、Ａ：Ｂ：Ｅ＝４〜３０：３２〜５７：７〜６４の範囲であることが好ましく、　流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の平均厚さをＦ（ｍｍ）とした場合に、前記Ｄ（ｍｍ２／１流通孔）と前記Ｆ（ｍｍ）との関係が、Ｄ／Ｆ≧５．５（ｍｍ／１流通孔）であることが好ましい。また、隔壁の気孔率が２０％以上であることが好ましい。また、隔壁がセラミックス及び／又は金属を主成分とすることが好ましく、前記主成分が、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、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、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属及び金属珪素から選ばれる１種又は２種以上であることが更に好ましい。また、隔壁上に触媒が担持されていることも好ましく、複数のハニカム構造のセグメントが一体化されてなることも好ましく、ハニカムフィルターが、ディーゼルエンジンから排出される微粒子捕捉用であることも好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に従って、本発明のハニカムフィルターを詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、以下において断面とは、特に断りのない限り流通孔の長手方向（図１におけるＸ軸方向）に対する垂直の断面を意味する。
【００１０】本発明のハニカムフィルターは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、被処理流体の流入端面４２及び流出端面４４と、流入端面４２から流出端面４４まで延びる多孔質の隔壁２と、隔壁２により仕切られ流入端面４２から流出端面４４まで貫通する多数の流通孔３ａ及び３ｂとを有する。更に、図２及び図３に示すように、流入端面４２において所定の流通孔３ａが封止されており、流出端面４４において残余の所定の流通孔３ｂが封止されている。なお、図１（ａ）、（ｂ）及び以下の図面において、黒く塗りつぶした流通孔がその端面で封止されている流通孔を示す。
【００１１】本発明の重要な特徴は、例えば図２及び図３に示す、流入端面４２において封止されている流通孔３ａの断面積の合計をＡ（ｍｍ２）、流出端面４４において封止されている流通孔３ｂの断面積の合計をＢ（ｍｍ２）とした場合に、Ａ＜Ｂの関係であることである。換言すれば、被処理流体が流入する流通孔の断面積の合計が、被処理流体が流出する流通孔の断面積の合計よりも大きいことである。
【００１２】この様な構成とすることにより、フィルターの役割を有する隔壁の表面積を大きくすることができ、被処理流体が流入する流通孔内に面する隔壁の表面積に対する、隔壁に堆積する堆積物の割合を小さくすることができる。これにより、ハニカムフィルターを使用する際の経時的な圧力損失の増加を抑制することができる。
【００１３】本発明者が、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すような従来構造で、セル密度（単位断面積当たりの流通孔の数）の異なる種々のＤＰＦ用ハニカムフィルターを用いて圧力損失の経時的変化を詳細に検討した結果、圧力損失は、（ＰＭの付着重量）／（隔壁の表面積）、即ち、ＰＭの隔壁上への堆積厚さに大きく依存することを見出した。そして、被処理流体が流入する流通孔の断面積を被処理流体が流出する流通孔の断面積よりも大きくすることにより、隔壁の厚さを減少させなくても、ＰＭが堆積する隔壁の表面積を大きくすることができ、経時的な圧力損失の増加を抑制することができることを見出した。
【００１４】本発明は、Ａ＜Ｂの関係、即ち被処理流体が流入する流通孔の断面積の合計（Ｂ）が、被処理流体が流出する流通孔の断面積の合計（Ａ）よりも大きいことを重要な特徴とするが、ＡとＢとの差が少なすぎると本発明の効果が得られにくくなるため、（Ａ×１．１）≦Ｂ、更には（Ａ×１．３）≦Ｂ、特に（Ａ×１．５）≦Ｂであることが好ましい。また、ＡとＢとの差が大きすぎると、実質的に被処理流体が流出する流路が狭くなりすぎ、結果として初期の圧力損失が大きくなりすぎ好ましくない。従って、Ｂ≦（Ａ×１５）、更にはＢ≦（Ａ×１０）、特にＢ≦（Ａ×６．５）、更に特にＢ≦（Ａ×２．５）であることが好ましい。
【００１５】また、例えば図２及び図３において、流入端面４２において封止されている流通孔３ａの１個当たりの平均断面積をＣ（ｍｍ２／１流通孔）、流出端面４４において封止されている流通孔３ｂの１個当たりの平均断面積をＤ（ｍｍ２／１流通孔）とした場合に、Ｃ＜Ｄの関係であること、即ち、被処理流体が流入する１個の流通孔３ｂの平均断面積が、被処理流体が流出する１個の流通孔３ａの平均断面積よりも大きいことが、隔壁の表面積を大きくすることができる点で好ましい。この場合も、ＣとＤとの差が少なすぎると本発明の効果が得られにくくなるため、（Ｃ×１．１）≦Ｄ、更には（Ｃ×１．３）≦Ｄ、特に（Ｃ×１．５）≦Ｄであることが好ましく、ＣとＢとの差が大きすぎると、初期の圧力損失が大きくなりすぎるため、Ｄ≦（Ｃ×１５）、更にはＤ≦（Ｃ×１０）、特にＤ≦（Ｃ×６．５）、更に特にＤ≦（Ｃ×２．５）であることが好ましい。
【００１６】上述のような本発明の構成とするための好ましい形態は、例えば任意の一の隔壁、例えば図４における隔壁２ｘを挟んだ両側の流通孔３ａｘ及び３ｂｘが互いに反対側の端面、即ち３ａｘは流入端面、３ｂｘは流出端面において封止されており、被処理流体が流入する流通孔３ｂｘの断面形状と被処理流体が流出する流通孔３ａｘの断面形状を異なる形状とした形態である。この様な形態とすることにより、隔壁をフィルターとして有効に使うことができ、更に被処理流体が流入する流通孔の断面積を大きくとることができる。更に、本発明のハニカムフィルターは、隔壁の断面形状が所定形状、例えば図５におけるＹで示される点線枠内の形状を一単位として、その形状の繰り返しにより構成されていることが好ましい。この様な構成とすることにより、異なる大きさ及び形状の流通孔を規則正しく組み合わせることができ、隣り合う流通孔が互いに反対側の端面で封止され、かつ被処理流体が流入する流通孔が大きな断面を有する構成とすることができる。
【００１７】この様な形態とするための流通孔の断面形状に特に制限はないが、好ましい形態としては、例えば被処理流体が流入する流通孔を１又は２種類以上、好ましくは１又は２種類の所定形状とし、これに隣接する、被処理流体が流出する流通孔を１又は２種類以上、好ましくは１又は２種類の所定形状とし、この繰り返しによりハニカムフィルターの断面が形成される形態が考えられる。具体的には、例えば図２に示すように、流通孔３ｂを６角形とし、これと隔壁を挟んで隣接する流通孔３ａを３角形とする形態、図４及び図５に示すように、流通孔３ｂを内角が凹角である頂点を有する多角形、例えば８角形としこれと隔壁を挟んで隣接する流通孔３ａを４角形とする形態、図６及び図７に示すように、流通孔３ｂを円形とし、これと隔壁を挟んで隣接する流通孔３ａを４本又は３本の凹状円弧で囲まれた形状とする形態などが挙げられる。
【００１８】本発明における更に別の好ましい形態は、図８に示すように、流通孔の断面形状が四角形であって、被処理流体が流入する流通孔３ｂが、大きな流通孔３ｂ１及びこれよりも小さな流通孔３ｂ２を備える形態である。特に、大きな流通孔３ｂ１の角部４ｂ１と小さな流通孔３ｂ２の角部４ｂ２が隔壁２の交差部５を挟んで対向する位置にある形態が好ましい。
【００１９】ハニカムフィルターをＤＰＦ等に用いる場合、ＰＭ等が流入端面に溜まり、ブリッジングを起こすことにより、被処理流体が流入する流通孔の開口部を閉塞させてしまう場合があり、総ての流通孔が閉塞してしまうと大きな問題となる。図８に示すように、異なる大きさの、被処理流体が流入する流通孔３ｂ１及び３ｂ２を備えることにより、全体のセル密度を下げずに、大きな開口部を有する流通孔３ｂ１を備えることができ、閉塞を効果的に抑制できる。
【００２０】また、ＤＰＦを用いたディーゼル排ガスの浄化システムにおいて、排ガス中にＰＭの燃焼を促進させる触媒を含ませることにより、ＤＰＦに溜まったＰＭの燃焼を促進させる方法が提案されているが、この方法では、触媒成分に由来する成分（アッシュ）が、被処理流体が流入する流通孔に堆積する。このアッシュは、ＰＭと異なり、流通孔内の封止部上に堆積するため、被処理流体が流入する流通孔の体積が大きいことが、アッシュの堆積による圧力損失の増大を抑制するためには効果的となり、この意味においても本発明のハニカムフィルターは有効である。
【００２１】また、図８に示すような形態は、ハニカムフィルターの強度という観点からも優れている。更に、このハニカム構造は、押出成形する際の口金の作成も比較的容易であり、成形性も良好であるという利点を有する。
【００２２】本発明における更に別の好ましい形態を図９に示す。図９に示す形態は、被処理流体が流出する流通孔の断面形状が四角形であり、この流通孔３ａｘと隔壁２ｘの面を挟んで隣接し被処理流体が流入する流通孔３ｂｘが八角形となる形態である。このような形態も、被処理流体が流入する流通孔の断面積を大きくできるとともに、口金の作成が容易であり、成形性も良好であるという利点を有する。
【００２３】本発明における更に別の好ましい形態を図１０に示す。図１０に示す形態は、流通孔の断面形状が三角形であり、被処理流体が流出する２つの流通孔３ａｘ１及び３ａｘ２が、被処理流体が流入する流通孔３ｂｘの一面を形成する隔壁２ｘを挟んで隣接するように配置される形態である。このような形態は、口金の作成、成形性の点で図８及び９に示す形態に較べ若干劣るものの、隔壁を有効に利用でき、被処理流体が流入する面のフィルター面積を広くすることができるという利点を有する。
【００２４】本発明における更に別の好ましい形態を図１１に示す。図１１に示す形態は、断面形状が六角形と四角形である２種類の、被処理流体が流入する流通孔３ｂ１、３ｂ２を備える。また、断面形状が四角形と三角形である２種類の、被処理流体が流出する流通孔３ａ１、３ａ２を備える。そして、被処理流体が流出する、２つの断面四角形の流通孔３ａ１及び４つの断面三角形の流通孔３ａ２が、被処理流体が流入する断面六角形の流通孔３ｂ１と隔壁面を挟んで隣接するように配置され、被処理流体が流出する、２つの断面四角形の流通孔３ａ１及び２つの断面三角形の流通孔３ａ２が、被処理流体が流入する断面四角形の流通孔３ｂ２と隔壁面を挟んで隣接するように配置される。このような形態は、口金の作成、成形性の点で若干劣るものの、異なる大きさの被処理流体が流入する流通孔を備えるため、全体のセル密度を下げずに、大きな開口部を有する流通孔を備えることができ、流通孔の閉塞を効果的に抑制できる。
【００２５】なお、図２〜１１に具体的な好ましい流通孔の形態を示したが、ハニカムフィルターの総ての流通孔がこのような形態である必要はなく、特に図１（ｂ）に示すように、ハニカムフィルター全体の断面形状に対応して、外周部の流通孔は不完全な形となり得るため、上述のような好ましい形態とはならない場合がある。このような場合でも、断面流通孔全体の３０体積％以上を占めていると効果が現われ、更に５０体積％以上、更に特に７０体積％以上が上述のような形態であることが好ましい。
【００２６】本発明のハニカムフィルターの平均セル密度に特に制限はないが、平均セル密度が小さすぎると、フィルターとしての強度及び有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）が不足し、平均セル密度が大きすぎると、初期の圧力損失が大きくなりすぎ好ましくない。従って、セル密度は、６〜２０００セル／平方インチ（０．９〜３１１セル／ｃｍ２）、更には５０〜１０００セル／平方インチ（７．８〜１５５セル／ｃｍ２）、特に１００〜４００セル／平方インチ（１５．５〜６２．０セル／ｃｍ２）の範囲であることが好ましい。
【００２７】本発明は、圧力損失の経時的な増加の抑制を図るものであるが、初期の圧力損失を低くすることも重要であり、初期の圧力損失は、ハニカムフィルターの断面において、被処理流体が流入する流通孔の断面積、即ちＡ（ｍｍ２）、被処理流体が流出する流通孔の断面積、即ちＢ（ｍｍ２）及び隔壁の断面積、即ちＥ（ｍｍ２）の比率にも大きく依存する。また、隔壁の断面積が小さければ圧力損失は小さくなるが、ハニカムフィルターの強度が低下する。従って、Ａ：Ｂ：Ｅは、４〜３０：３２〜５７：７〜６４であることが好ましく、より好ましくは、１０〜３０：３７〜５７：１５〜５０、更に好ましくは、１５〜３０：４２〜５７：２５〜４５の範囲である。
【００２８】本発明における図１（ａ）〜図３に示すような形態において、被処理流体が流入する流通孔１個当たりの断面積を、図１３（ｂ）に示すような従来のフィルターにおける断面積と同等とし、被処理流体が流出する流通孔の断面積をこれより小さくした場合に、隔壁の厚さを従来と同等の厚さにすると、フィルター全体の断面積における隔壁の断面積の占める割合は相対的に大きくなる。従って、従来のフィルターと同等の強度を得ようとする場合に、隔壁の厚さを薄くすることができ、初期の圧力損失を低下させることができる。従って、このような形態において、被処理流体が流入する流通孔１個当たりの断面積、即ちＤ（ｍｍ２／１流通孔）を、断面における隔壁の平均厚さ、即ちＦ（ｍｍ）で割った値は、５．５（ｍｍ／１流通孔）以上であることが好ましく、６．０（ｍｍ／１流通孔）以上であることがより好ましく、６．５（ｍｍ／１流通孔）以上であることが更に好ましい。
【００２９】本発明における隔壁の厚さの絶対値には特に制限はないが、隔壁が厚すぎると多孔質の隔壁を被処理流体が透過する際の初期圧力損失が大きくなりすぎ、隔壁が薄すぎると強度が不足し各々好ましくない。隔壁の厚さは、３０〜２０００μｍ、更には４０〜１０００μｍ、特に５０〜７５０μｍの範囲であることが好ましい。また、図１（ａ）に示すような外周壁７は、ハニカムフィルターの強度向上の観点から、隔壁２よりも厚いことが好ましく、４５〜６０００μｍ、更には６０〜４０００μｍ、特に７５〜２０００μｍの範囲であることが好ましい。なお、外周壁は成形時に隔壁と一体的に形成させる成形一体壁だけでなく、成形後に、外周を研削して所定形状とし、セメント等で外周壁を形成するセメントコート壁でもよい。
【００３０】本発明のハニカムフィルターの隔壁は多孔質体であるが、隔壁の気孔径に特に制限はなく、当業者であれば用途に合わせて適宜選択することができる。一般に、気孔径は被処理流体の粘度や分離すべき対象物によって選択することができ、例えばＤＰＦに用いる場合は平均値で１〜１００μｍ程度とすることが好ましい。水の浄化用に用いる場合は、０．０１〜１０μｍ程度とすることが好ましい。
【００３１】本発明において気孔率は重要であり、初期の圧力損失に大きな影響を与える。気孔率が小さすぎると初期圧力損失が大きすぎ好ましくない。例えばＤＰＦに用いる場合の好ましい気孔率は２０％以上、より好ましくは３０％以上、更に好ましくは４０％以上である。また、本発明においては、隔壁の厚さを薄くして気孔率を上げることも、初期の圧力損失を小さくする観点から好ましい形態であり、例えば隔壁の厚さが０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．４５ｍｍ以下、更に好ましくは０．４ｍｍ以下であって、気孔率が３０％以上、より好ましくは４０％以上であることも好ましい。一方気孔率が大きすぎると強度が不足しすぎるため、気孔率は９０％以下であることが好ましい。更に、触媒を担持してパティキュレートを連続して燃焼させる方式のフィルター等、圧力損失を低く抑えなければならないフィルターとして用いる場合には、気孔率が３０〜９０％の範囲にあることが好ましく、気孔率が５０〜８０％の範囲にあることが更に好ましく、気孔率が５０〜７５％の範囲にあることが特に好ましい。また、排ガス中にＰＭの燃焼を促進させる触媒を含ませる方式において本発明のハニカムフィルターを使用する場合には、ＰＭ燃焼時に生じる大きな熱応力に耐えられるよう、ち密で高強度な材料が必要となる。このような材料の気孔率は２０〜８０％が好ましく、２５〜７０％が更に好ましく、３０〜６０％が特に好ましい。なお、本発明において、気孔率は、体積％を意味する。
【００３２】本発明において、ハニカムフィルターを構成する材質に特に制限はないが、強度、耐熱性、耐久性等の観点から、主成分は酸化物又は非酸化物の各種セラミックスや金属等が好ましく、具体的には例えばコージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、リチウムアルミニウムシリケート及びチタン酸アルミニウム等が考えられ、金属としてはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属及び金属珪素等が考えられ、これらの中から選ばれた１種又は２種以上を主成分とすることが好ましい。更に高強度、高耐熱性等の観点からは、アルミナ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、コージェライト、炭化珪素及び窒化珪素からなる群から選ばれた１種又は２種以上であることが好ましく、熱伝導率及び耐熱性の観点からは、炭化珪素又は珪素−炭化珪素複合材料が特に適している。ここで、「主成分」とは、ハニカムフィルターの５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上を構成することを意味する。
【００３３】流通孔が封止されることにより形成される封止部の材質にも特に制限はないが、上述のハニカムフィルターの隔壁に好適なものとして挙げたセラミックス及び金属の中から選択された１種又は２種以上のセラミックス及び／又は金属を含むものが好ましい。
【００３４】本発明のハニカムフィルターに堆積した堆積物を除去するような場合、ハニカムフィルターに触媒、例えば触媒能を有する金属等を担持させることが好ましい。特に、ハニカムフィルターをＤＰＦとして用いる場合、ハニカムフィルター内に捕捉されたＰＭを燃焼させてハニカムフィルターを再生するために、ＰＭの燃焼を促進させる能力を有する触媒を含むことが好ましい。この様な触媒の具体例としては、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種をハニカムフィルターに担持させることが好ましい。
【００３５】本発明のハニカムフィルターは、複数のセグメントを一体化させたものや、スリットを有するものであることも好ましい。複数のセグメントに分割しこれを一体化したものとすることやスリットを入れたものとすることにより、熱応力を分散させ熱応力によるクラックを防止することができる。ハニカムフィルターをセグメント化し、これを一体化する場合の各セグメントの大きさや形状に制限はないが、各セグメントが大きすぎると、セグメント化によるクラック防止効果が十分に発揮されず、小さすぎると各セグメントの製造や接合による一体化が煩雑となり好ましくない。好ましいセグメントの大きさは、断面積が９００〜１００００ｍｍ２、更に好ましくは９００〜５０００ｍｍ２、最も好ましくは９００〜３６００ｍｍ２であり、ハニカムフィルターの７０容量％以上が、この大きさのハニカムセグメントから構成されていることが好ましい。セグメントの好ましい形状は、例えば、断面形状が四角形状、即ちセグメントが四角柱状であるものを基本形状とし、一体化した場合のハニカムフィルターの形状に合わせて外周側のセグメントの形状を適宜選択することができる。また、ハニカムフィルター全体の断面形状に特に制限はなく、図１（ｂ）に示すような円形状に限られず、例えば楕円形状の他、レーストラック形状、長円形状等の略円形状の他、四角形状、６角形状などの多角形状とすることもできる。
【００３６】本発明のハニカムフィルターの製造方法に特に制限はないが、例えば以下のような方法により製造することができる。
ハニカムフィルターの原料粉末として、前述の好適な材料の中から選ばれた材料、例えば炭化珪素粉末を使用し、これにバインダー、例えばメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロース等を添加し、更に界面活性剤及び水を添加し、可塑性の坏土を作製する。この坏土を押出成形することにより、上述のような所定の隔壁及び流通孔の断面形状を有するハニカム構造の成形体を得る。これを、例えばマイクロ波及び熱風で乾燥後、隣接する流通孔が互いに反対側となる一方の端部でハニカムフィルターの製造に用いた材料と同様の材料で封止し、更に乾燥した後、例えば窒素雰囲気中で加熱脱脂し、その後アルゴン等の不活性雰囲気中で焼成することにより本発明のハニカムフィルターを得ることができる。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、選択されたセラミック原料に適切な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。
【００３７】ハニカムフィルターを複数のセグメントが一体化された構成とするためには、上記の方法でセグメントを得た後、得られたセグメントを、例えばセラミックスセメントを用いて接合し、乾燥硬化することによってハニカムフィルターを得ることができる。この様にして製造されたハニカムフィルターに触媒を担持させる方法は、当業者が通常行う方法でよく、例えば触媒スラリーをウォッシュコートして乾燥、焼成することにより触媒を担持させることができる。
【００３８】次に、具体例を基に、本発明を更に具体的に説明する。
直径１４４ｍｍ×長さ１５２ｍｍの円筒形状であって、流通孔の断面形状が図１３（ｂ）に示すような正方形であり、かつ隣接する流通孔が互いに反対側の端面で封止されており、セル密度、セルピッチｐ及び隔壁厚さｔが各々表１に示す寸法のハニカムフィルターＡ〜Ｆを作成した。これらのフィルターの流通孔３ｂに面する隔壁面の面積を計算した結果もフィルター面積として表１に示した。これらのハニカムフィルターをディーゼルエンジンの排気管に取り付け、ハニカムフィルター内へのＰＭの堆積量と圧力損失を測定し、圧力損失と単位フィルター面積当たりのＰＭ堆積量を図１２に示した。図１２より、隔壁厚さが同一であれば、圧力損失増加の傾きがほぼ同一となり、圧力損失は単位フィルター面積当たりのＰＭ堆積量に直接依存して増加することがわかる。従って、フィルター面積を大きくすることにより、圧力損失の増加を抑制できることがわかる。
【００３９】
【表１】
Figure 2004000896
【００４０】ここで、流通孔の断面形状を図２に示す６角形と３角形を組み合わせた形状とし、隔壁厚さ、セル密度、ハニカムフィルター全体の直径及び長さをハニカムフィルターＡと同一とした場合のフィルターをハニカムフィルターＧとして、フィルター面積を計算すると３．１１ｍ２となった。従って、ハニカムフィルターＡに較べて、ハニカムフィルターＧは約１．５２倍フィルター面積を大きくすることができる。従って、ハニカムフィルターＧの圧力損失の増加率は従来のハニカムフィルターＡに較べて１／１．５２に軽減できることがわかる。
【００４１】図８〜１１に示した形態について、隔壁の有効利用度、強度、口金作成の容易性、成形の容易性、アッシュ堆積容量を検討した結果を表２に示す。なお、強度、口金作成の容易性、成形性の観点からは、隔壁の断面が円形などの曲線形状よりも直線形状であることが好ましい。
【００４２】
【表２】
Figure 2004000896
【００４３】更に、図１４に示すような従来の形態において、隔壁の厚さ（ｔ）を１５ｍｉｌ（０．３８１ｍｍ）、セル密度を２００セル／平方インチ（３１．１セル／ｃｍ２）とした場合の形態におおよそ対応する形態として、強度や成形性なども勘案し、図８〜１１に示した形態に基づく具体的な寸法を算出した。表３にその結果を示す。アッシュの堆積容量や流通孔の開口部の閉塞の防止という観点からは、表３に示すように被処理流体が流入する流通孔の断面積Ｂと被処理流体が流出する流通孔の断面積Ａとの比率が低くても十分な効果が得られ、強度、口金作成の容易性、成形性及び初期の圧力損失を考慮に入れると（Ａ×１．１）≦Ｂ≦（Ａ×６．５）、更に（Ａ×１．１）≦Ｂ≦（Ａ×２．５）の範囲も好適な範囲である。
【００４４】
【表３】
Figure 2004000896
【００４５】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明のハニカムフィルターは、被処理流体が流入する流通孔の断面積が、流出する流通孔の断面積よりも大きいため、隔壁厚さ等の他の条件を同一とした場合でも、フィルター面積を大きくすることができ、圧力損失の経時的な増加を抑制することができる。なお、本発明を主にＤＰＦ用のハニカムフィルターを例に説明してきたが、本発明はフィルター面積を大きくすることにより、また被処理流体が流入する流通孔の断面積及び体積を大きくすることにより、圧力損失の経時的な増加を抑制するものであり、ＤＰＦ以外のハニカムフィルターにも適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係るハニカムフィルターの一形態を示す模式的な斜視図、（ｂ）は本発明のハニカムフィルターの一形態を示す模式的な平面図である。
【図２】図１（ｂ）のＩＩ部を拡大した拡大図である。
【図３】図２に対応する部分の底面図である。
【図４】本発明に係るハニカムフィルターの別の形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図５】本発明に係るハニカムフィルターの更に別の形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図６】本発明に係るハニカムフィルターの更に別の形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図７】本発明に係るハニカムフィルターの更に別の形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図８】本発明に係るハニカムフィルターの更に別の形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図９】本発明に係るハニカムフィルターの更に別の形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図１０】本発明に係るハニカムフィルターの更に別の形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図１１】本発明に係るハニカムフィルターの更に別の形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図１２】圧力損失と単位フィルター面積当たりのＰＭ堆積量の関係を示す図である。
【図１３】（ａ）は従来のハニカムフィルターを示す模式的な斜視図、（ｂ）は模式的な平面一部拡大図である。
【図１４】従来のハニカムフィルターを示す模式的な平面一部拡大図である。
【符号の説明】
１…ハニカムフィルター、２、２ｘ…隔壁、３ａ、３ａｘ…被処理流体が流出する流通孔、３ｂ、３ｂｘ…被処理流体が流入する流通孔、４、４ｂ…角部、５…隔壁の交差部、４２…流入端面、４４…流出端面。

Claims (13)

  1. 被処理流体の流入端面及び流出端面と、前記流入端面から前記流出端面まで延びる多孔質の隔壁と、前記隔壁により仕切られ、前記流入端面から前記流出端面まで貫通する多数の流通孔とを有し、前記流入端面において所定の流通孔が封止されており、前記流出端面において残余の所定の流通孔が封止されているハニカムフィルターであって、前記流入端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面積の合計をＡ（ｍｍ２）、前記流出端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面積の合計をＢ（ｍｍ２）とした場合に、
    Ａ＜Ｂ
    の関係であることを特徴とするハニカムフィルター。
  2. 前記ＢがＡに対して、
    （Ａ×１．１）≦Ｂ≦（Ａ×１５）
    の範囲である請求項１に記載のハニカムフィルター。
  3. 流入端面において封止されている流通孔１個当たりの、流通孔の長手方向に対する垂直断面における平均面積をＣ（ｍｍ２／１流通孔）、流出端面において封止されている流通孔１個当たりの、前記垂直断面積における平均面積をＤ（ｍｍ２／１流通孔）とした場合に、
    Ｃ＜Ｄ
    の関係である請求項１又は２に記載のハニカムフィルター。
  4. 一の隔壁を挟んだ両側の流通孔が互いに反対側の端面において封止されており、流入端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面形状と、流出端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面形状が異なる請求項１乃至３の何れか１項に記載のハニカムフィルター。
  5. 流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の断面形状が、所定形状を一単位とした繰り返しにより構成されている請求項４に記載のハニカムフィルター。
  6. 流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の断面積の合計をＥ（ｍｍ２）とした場合に、前記Ａ（ｍｍ２）と前記Ｂ（ｍｍ２）と前記Ｅ（ｍｍ２）との関係が、
    Ａ：Ｂ：Ｅ＝４〜３０：３２〜５７：７〜６４
    の範囲である請求項１乃至５の何れか１項に記載のハニカムフィルター。
  7. 流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の平均厚さをＦ（ｍｍ）とした場合に、前記Ｄ（ｍｍ２／１流通孔）と前記Ｆ（ｍｍ）との関係が、
    Ｄ／Ｆ≧５．５（ｍｍ／１流通孔）
    である請求項１乃至６の何れか１項に記載のハニカムフィルター。
  8. 隔壁の気孔率が２０％以上である請求項１乃至７の何れか１項に記載のハニカムフィルター。
  9. 隔壁がセラミックス及び／又は金属を主成分とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のハニカムフィルター。
  10. 前記主成分が、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、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、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属及び金属珪素から選ばれる１種又は２種以上である請求項９に記載のハニカムフィルター。
  11. 隔壁上に触媒が担持されている請求項１乃至１０の何れか１項に記載のハニカムフィルター。
  12. 複数のハニカム構造のセグメントが一体化されてなる請求項１乃至１１の何れか１項に記載のハニカムフィルター。
  13. ハニカムフィルターが、ディーゼルエンジンから排出される微粒子捕捉用である請求項１乃至１２の何れか１項に記載のハニカムフィルター。
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