(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを通過させるための隔壁を備えたセラミック製のハニカム構造体と，該ハニカム構造体の上記隔壁表面に担持された触媒とを有する排ガス浄化フィルタにおいて，
上記ハニカム構造体は，ハニカム状のセラミック成形体を成形し，その後，該セラミック成形体の乾燥の前又は後において，上記セラミック成形体の隔壁の表面に反応促進剤をコーティングし，その後焼成することにより，上記ハニカム構造体の上記隔壁の表面細孔量を増大させており，
上記ハニカム構造体における上記隔壁の気孔率は５５〜８０％であり，表面細孔量が２０％以上であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
排ガスを通過させるための隔壁を備えたセラミック製のハニカム構造体と，該ハニカム構造体の上記隔壁表面に担持された触媒とを有する排ガス浄化フィルタにおいて，
上記ハニカム構造体は，ハニカム状のセラミック成形体を成形し，その後，該セラミック成形体の乾燥及び焼成を行った後，さらに，上記隔壁の表面に機械的な衝撃を与えて表面細孔量を増加させており，
上記ハニカム構造体における上記隔壁の気孔率は５５〜８０％であり，表面細孔量が２０％以上であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２において，上記ハニカム構造体の上記隔壁の表面細孔量は２５％以上であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において，上記ハニカム構造体は，コーディエライトを主成分とするセラミックスよりなることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において，上記ハニカム構造体の上記隔壁は，その表面が凹凸を呈するような波形形状を有していることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項６】
排ガスを通過させるための隔壁を備えたセラミック製のハニカム構造体と，該ハニカム構造体の上記隔壁表面に担持された触媒とを有する排ガス浄化フィルタを製造する方法において，
上記ハニカム構造体を作製するに当たり，ハニカム状のセラミック成形体を成形し，その後，該セラミック成形体の乾燥の前又は後において，上記セラミック成形体の隔壁の表面に反応促進剤をコーティングし，その後焼成することにより，上記ハニカム構造体の上記隔壁の表面細孔量を増大させることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項７】
請求項６において，上記ハニカム構造体はコーディエライトを主成分とするセラミックスよりなり，かつ，上記反応促進剤はタルクであることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項８】
排ガスを通過させるための隔壁を備えたセラミック製のハニカム構造体と，該ハニカム構造体の上記隔壁表面に担持された触媒とを有する排ガス浄化フィルタを製造する方法において，
上記ハニカム構造体を作製するに当たり，ハニカム状のセラミック成形体を成形し，その後，該セラミック成形体の乾燥及び焼成を行った後，さらに，上記隔壁の表面に機械的な衝撃を与えて表面細孔量を増加させることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項において，上記ハニカム状のセラミック成形体を成形するに当たり，ハニカム状のスリット溝を有すると共にその溝形状が凹凸を呈する波形形状である金型を用いて押出成形し，上記ハニカム構造体の上記隔壁の表面を凹凸を呈するような波形形状とすることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，主として内燃機関から排出されるカーボン微粒子等のパティキュレートを捕集し，触媒反応によりパティキュレートを酸化除去する排ガス浄化フィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
内燃機関から排出されるパティキュレートを浄化する場合，排ガス浄化フィルタを用いてパティキュレートを捕集し，その後所定位置に配置されたヒータにより加熱して燃焼除去する方式が考えられてきた。
この方式に用いられる排ガス浄化フィルタとしては，例えば特開平９−７７５７３号公報に示されるように，排ガス浄化フィルタを構成するセラミック製のハニカム構造体の隔壁の表面の細孔径を規制し，隔壁表面へのパティキュレートの捕集効率を向上させることに着眼したものがある。
【０００３】
一方，近年，排ガス浄化フィルタの方式として，ハニカム構造体の隔壁表面に触媒をコーティングし，触媒反応によりパティキュレートを連続的に燃焼させる方式が考えられている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のパティキュレートをヒータにより燃焼除去する場合と同様のハニカム構造体を用いて，上記触媒を用いた方式に切り替えただけでは，触媒の効果により十分にパティキュレートを燃焼除去することができず，実用化レベルに達しないという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，ハニカム構造体の隔壁に担持された触媒と堆積されたパティキュレートとの接触面積を拡大することができ，触媒によるパティキュレートの酸化反応能力を向上させることができる排ガス浄化フィルタ及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
第１の発明は，排ガスを通過させるための隔壁を備えたセラミック製のハニカム構造体と，該ハニカム構造体の上記隔壁表面に担持された触媒とを有する排ガス浄化フィルタにおいて，
上記ハニカム構造体は，ハニカム状のセラミック成形体を成形し，その後，該セラミック成形体の乾燥の前又は後において，上記セラミック成形体の隔壁の表面に反応促進剤をコーティングし，その後焼成することにより，上記ハニカム構造体の上記隔壁の表面細孔量を増大させており，
上記ハニカム構造体における上記隔壁の気孔率は５５〜８０％であり，表面細孔量が２０％以上であることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある（請求項１）。
第２の発明は，排ガスを通過させるための隔壁を備えたセラミック製のハニカム構造体と，該ハニカム構造体の上記隔壁表面に担持された触媒とを有する排ガス浄化フィルタにおいて，
上記ハニカム構造体は，ハニカム状のセラミック成形体を成形し，その後，該セラミック成形体の乾燥及び焼成を行った後，さらに，上記隔壁の表面に機械的な衝撃を与えて表面細孔量を増加させており，
上記ハニカム構造体における上記隔壁の気孔率は５５〜８０％であり，表面細孔量が２０％以上であることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある（請求項２）。
【０００７】
本発明の排ガス浄化フィルタは，そのハニカム構造体の隔壁の気孔率が上記特定の範囲内にあり，かつ，隔壁の表面細孔量が２０％以上である。ここで，表面細孔量は，隔壁表面を例えばＳＥＭ写真等により平面的に観察し，全体の面積をＡ，細孔のある部分の合計面積をＢとした場合に，（Ｂ／Ａ）×１００（％）により表される割合をいう。
【０００８】
本発明においては，上記隔壁の表面細孔量を２０％以上とすることによって，上記隔壁の表面を積極的に凹凸のある形状とすることができる。そして，触媒を担持する隔壁表面の表面積が増大すると共に，隔壁に捕集されたパティキュレートと触媒との接触面積を増大させることができる。そのため，隔壁に担持させた触媒の作用を十分に発揮させることができ，パティキュレートの酸化反応（燃焼除去）能力を向上させることができる。さらに，隔壁の表面積が増大しているので，排ガスが隔壁を通過する際の圧力損失を低減する効果も得られる。
【０００９】
また，上記ハニカム構造体における上記隔壁の気孔率を上記特定の範囲内に設定する。これにより，隔壁全体の強度を維持しつつ，適度な多孔質性を維持することができる。
そのため，本発明は，この気孔率の設定により隔壁強度等を最適な状態に維持しつつ，上記表面細孔量の増大により，パティキュレートの燃焼能力の向上および圧力損失の低減を図ることができるのである。
【００１０】
第３の発明は，排ガスを通過させるための隔壁を備えたセラミック製のハニカム構造体と，該ハニカム構造体の上記隔壁表面に担持された触媒とを有する排ガス浄化フィルタを製造する方法において，
上記ハニカム構造体を作製するに当たり，ハニカム状のセラミック成形体を成形し，その後，該セラミック成形体の乾燥の前又は後において，上記セラミック成形体の隔壁の表面に反応促進剤をコーティングし，その後焼成することにより，上記ハニカム構造体の上記隔壁の表面細孔量を増大させることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法にある（請求項６）。
【００１１】
本発明においては，上記排ガス浄化フィルタを構成するセラミック製のハニカム構造体を製造する際に，その焼成前に上記反応促進剤を隔壁にコーティングしておく。ここで，上記反応促進剤は，焼成時の反応を促進させる成分であって，コーディエライト生成温度を低下させることにより，表面細孔を生成させるという作用を発揮しうるものをいう。
【００１２】
この反応促進剤をコーティングした隔壁は，隔壁内部の気孔が単に表面に現れただけの表面細孔が存在する場合よりも，上記反応促進剤の存在により焼成時に新たに生じる細孔の分だけ表面細孔量が増加する。そのため，隔壁内部の気孔率の制御とは別に表面細孔量を増大させることができる。それ故，隔壁の気孔率を例えばセラミック材料の配分等によって制御して隔壁全体の強度，及び適度な多孔質性を調整しつつ，一方において，上記反応促進剤のコーティングによって表面細孔量の増大を図ることができる。
【００１３】
また，得られたハニカム構造体は表面細孔量が増大したことにより従来よりも積極的に凹凸のある形状となる。そのため，触媒を担持する隔壁表面の表面積が増大するので，排ガス通過時の圧力損失の増大を抑制できると共に，隔壁に捕集されたパティキュレートと触媒との接触面積を増大させることができる。そのため，隔壁に担持させた触媒の作用を十分に発揮させることができ，パティキュレートの酸化反応（燃焼除去）能力を向上させることができる排ガス浄化フィルタが得られる。
【００１４】
第４の発明は，排ガスを通過させるための隔壁を備えたセラミック製のハニカム構造体と，該ハニカム構造体の上記隔壁表面に担持された触媒とを有する排ガス浄化フィルタを製造する方法において，
上記ハニカム構造体を作製するに当たり，ハニカム状のセラミック成形体を成形し，その後，該セラミック成形体の乾燥及び焼成を行った後，さらに，上記隔壁の表面に機械的な衝撃を与えて表面細孔量を増加させることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法にある（請求項８）。
【００１５】
本発明においては，上記排ガス浄化フィルタを構成するセラミック製のハニカム構造体を製造する際に，その焼成後に隔壁表面に機械的な衝撃を与える。そして，隔壁表面を欠けさせることにより表面細孔量を増大させる。この場合にも，得られたハニカム構造体の隔壁表面が積極的に凹凸のある形状となる。そのため，触媒を担持する隔壁表面の表面積が増大するので，排ガス通過時の圧力損失の増大を抑制できると共に，隔壁に捕集されたパティキュレートと触媒との接触面積を増大させることができる。それ故，隔壁に担持させた触媒の作用を十分に発揮させることができ，パティキュレートの酸化反応（燃焼除去）能力を向上させることができる排ガス浄化フィルタが得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上記第１，第２の発明（請求項１，２）においては，上記のごとくハニカム構造体の隔壁の表面に上記触媒を担持させる。この触媒としては，例えばＰｔ，Ｐｄ等がある。これらは，いずれも上記パティキュレートの燃焼温度を低下させ燃焼しやすくする効果，またはＮＯｘとパティキュレートとの触媒反応により，パティキュレートの反応量を向上させるという効果等を発揮するものである。
【００１７】
また，上記ハニカム構造体の隔壁の気孔率は５５〜８０％とする。この気孔率が５５％未満の場合には，隔壁を排気ガスが通過する際の圧力損失が高くなり過ぎるという問題がある。一方，気孔率が８０％を超える場合には，隔壁の強度が低下するという問題がある。
【００１８】
また，上記隔壁の表面細孔量は，上記のごとく２０％以上とする。２０％未満の場合には，隔壁の表面積の増大によるパティキュレートと触媒の接触面積の増加及び触媒作用の向上があまり望めないという問題が生ずる。
そのため，上記ハニカム構造体の上記隔壁の表面細孔量は２５％以上であることが好ましい（請求項３）。これにより，上述した触媒作用の向上をより確実に得ることができる。
【００１９】
また，上記ハニカム構造体は，コーディエライトを主成分とするセラミックスよりなることが好ましい（請求項４）。コーディエライトは，強度，熱膨張係数等が上記排ガス浄化フィルタの担体として適しており，また，上記気孔率等を比較的容易に制御することができる。
【００２０】
また，上記ハニカム構造体の上記隔壁は，その表面が凹凸を呈するような波形形状を有していることが好ましい（請求項５）。この場合には，隔壁全体の形状自体が表面積を増大する形状となる。そのため，隔壁表面の表面積をより大きくすることができ，さらに触媒によるパティキュレートの酸化反応効果を向上させることができる。
【００２１】
また，上記第３の発明（請求項６）においては，上記反応促進剤のコーティングは，セラミック成形体の成形直後，あるいは乾燥後のいずれかに行う。
また，反応促進剤のコーティング量や，成分は，得ようとする表面細孔量に応じて選択する。
【００２２】
そして，上記ハニカム構造体はコーディエライトを主成分とするセラミックスよりなり，かつ，上記反応促進剤はタルクであることが好ましい（請求項７）。上記のごとく，排ガス浄化フィルタ用のハニカム構造体としては，コーディエライトが適している。そして，コーディエライトの場合には，上記反応促進剤としてタルクを用いることが好ましい。
【００２３】
タルクは，ＭｇＯ，ＳｉＯ2を主成分とする粘土鉱物である。また，コーディエライトは，ＭｇＯ・ＳｉＯ2・Ａｌ2Ｏ3を成分とするセラミックスである。このタルクを反応促進剤として用いることにより，反応促進剤と接触した部分がＡｌ2Ｏ3リーン組成となり，低融点となる。このため焼成工程において，この接触部が部分的に溶融し，気孔を生成するという作用効果が得られ，表面細孔量を容易に増大させることができる。
【００２４】
また，第４の発明（請求項８）において，上記機械的な衝撃を与える方法としては，例えば，１００〜５００μｍの鉄球もしくはセラミックスピースをフィルタ内に所定量入れた後，フィルタの出入口をマスキングし，振動を与え，表面を微小に破壊するという方法がある。
【００２５】
また，上記第３，第４の発明の製造方法においては，上記ハニカム状のセラミック成形体を押出成形するに当たり，ハニカム状のスリット溝を有すると共にその溝形状が凹凸を呈する波形形状である金型を用いて成形し，上記ハニカム構造体の上記隔壁の表面を凹凸を呈するような波形形状とすることが好ましい（請求項９）。この場合には，上記押出成形によって隔壁形状を容易に上記波形形状とすることができる。これにより，隔壁の全体形状自体が表面積増大に有利な形状となり，上記表面細孔量の増大とあわせてさらに上記のパティキュレートの酸化反応能力向上効果及び圧力損失増大抑制効果を高めることができる。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例に係る排ガス浄化フィルタ及びその製造方法につき，図１，図２を用いて説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１は，図１，図２に示すごとく，セラミック製のハニカム構造体１０と，該ハニカム構造体１０の隔壁１１表面に担持された触媒２とを有する排ガス浄化フィルタである。ハニカム構造体１０における隔壁１１の気孔率は５５〜８０％であり，表面細孔量が２０％以上である。
【００２７】
上記ハニカム構造体１０を作製するに当たっては，まず，ハニカム状のセラミック成形体を押出成形により成形した。セラミック原料としては，化学組成が重量比にて，最終的にＳｉＯ2：４５〜５５％，Ａｌ2Ｏ3：３３〜４２％，ＭｇＯ：１２〜１８％よりなるコーディエライトとなるように調整した，タルク，溶融シリカ，水酸化アルミを用いた。そして，これらのセラミック原料に有機可燃物としての発泡剤及びカーボンと水とを加えて混練したものを用いて押出成形した。
【００２８】
押出成形は，四角格子状のスリット溝を有する金型を用いて行った。セル数＃３００のハニカム状のセラミック成形体（ハニカム構造体）を押出成形し，所望長さに切断した。
次いで，このハニカム構造体を乾燥し，その後隔壁１１の表面に反応促進剤をコーティングした。
【００２９】
本例では，反応促進剤として粒子径が約１５μｍでＭｇＯを３１．８％とＳｉＯ2を６２％含有するタルクを用い，これを水に混ぜて所定濃度に調整して使用した。
コーティングは，具体的には，上記所定濃度に調整したタルク浴に上記ハニカム構造体１０全体を浸漬するディップ方法を用いて行った。
【００３０】
次いで，反応促進剤をコーティングしたハニカム構造体を，温度１４００℃に５時間保持して焼成し，触媒担体としてのハニカム構造体１０を得た。
ここで，本例では，反応促進剤としてのタルクをコーティングした状態で焼成を行ったので，隔壁１１は，隔壁１１内部の気孔が単に表面に現れただけの表面細孔が存在する場合よりも，上記反応促進剤の存在により焼成時に新たに生じる細孔の分だけ表面細孔量が増加する。
【００３１】
本例では，上記ハニカム構造体１０の隔壁１１の気孔率及び平均細孔径，及び，表面細孔量を測定した。
気孔率及び平均細孔径は，ＳＥＭ水銀圧入式のポロシメータを用いて行った。また，表面細孔量は，隔壁表面のＳＥＭ写真を画像処理することにより測定した。その結果，本例のハニカム構造体１０の気孔率は５８％，平均細孔径２５μｍ，表面細孔量は３５％であった。
【００３２】
また，本例では，図１，図２に示すごとく，このハニカム構造体１０の両端面のセル開口部において，開口させたままの開口部１５と栓部１６を配置して閉塞した部分を市松模様状に配置した。また，両端面においては，その市松模様をずらし，セル１３の一方を閉塞し，他方を開放するように構成した。
【００３３】
次いで，ハニカム構造体１０の隔壁にＰｔよりなる触媒２を担持させることにより，排ガス浄化フィルタ１が得られる。
この排ガス浄化フィルタ１は，ケース等に収納され，内燃機関の排ガス通路に配置される。そして，図２に示すごとく，内燃機関の排ガス８は，開放されたセル端部から排ガス浄化フィルタ１内に進入し，隔壁１１を通過してから導出される。
【００３４】
そして，排ガス８に含有されているパティキュレートは，隔壁１１に捕集される。
ここで，本例の排ガス浄化フィルタ１においては，その触媒担体であるハニカム構造体１０の隔壁１１の表面細孔量を，上記のごとく３５％（２０％以上）としたことによって，隔壁１１の表面を積極的に凹凸のある形状となっている。
【００３５】
そのため，触媒２を担持する隔壁１１の表面の表面積が増大すると共に，隔壁１１に捕集されたパティキュレートと触媒との接触面積を増大させることができる。それ故，隔壁１１に担持させた触媒２の作用を十分に発揮させることができ，パティキュレートの酸化反応（燃焼除去）能力を向上させることができる。さらに，隔壁１１の表面積が増大しているので，排ガス８が通過する際の圧力損失の増大も抑制することができる。
また，上記ハニカム構造体１０における隔壁１１の気孔率は５８％であり，隔壁１１全体の強度や排ガス８が通過する際の基本的な圧力損失は，適度な状態に維持されている。
【００３６】
また，本例では，上記排ガス浄化フィルタ１の製造方法として，上記ハニカム構造体１０を作製するに当たり，ハニカム状のセラミック成形体を成形し，乾燥後において，上記セラミック成形体の隔壁の表面に反応促進剤をコーティングし，その後焼成する方法を採用した。これにより，上記ハニカム構造体１０の上記隔壁１１の表面細孔量を増大させた。
この方法を採用することによって，本例では，上記表面細孔量の増大を容易に実現することができ，上記の優れた排ガス浄化フィルタ１が得られた。
【００３７】
（実施例２）
本例では，表面細孔量が異なる実施例１と同様の排ガス浄化フィルタを複数作製し，その圧力損失を測定して比較した。
準備した排ガス浄化フィルタは，表面細孔量が１７．２％，２０．２％，２３．２％，２５．０％の４種類である。気孔率，その他の特性は，実施例１とほぼ同様とした。
【００３８】
圧力損失の測定方法は，圧縮エアーを用いて，流量２ｍ3／ｍｉｎをフィルタに通過させた際に，フィルタ前後の差圧を圧力部で測定するという方法で行った。
測定結果を図３に示す。同図は，横軸に表面細孔量（％）を，縦軸に圧力損失（ｍｍＡｇ）をとったものである。
同図より知られるごとく，表面細孔量を大きくするほど圧力損失が低減し，特に表面細孔量が２０％を超えればその効果が大きいことがわかる。
【００３９】
（実施例３）
本例では，実施例１における排ガス浄化フィルタ（実施例Ｅ１とする）と，比較のための排ガス浄化フィルタ（比較例Ｃ１とする）を準備し，その特性等を比較した。
【００４０】
実施例Ｅ１は，表１に示すごとく，気孔率５８％，平均細孔径２５μｍ，表面細孔量３５％のものである。
比較例Ｃ１は，実施例１の製造方法の反応促進剤のコーティングを省略した点だけが異なる方法により作製したものである。その比較例Ｃ１は，表１に示すごとく，気孔率５８％，平均細孔径２５μｍ，表面細孔量１７．７％である。
【００４１】
これら実施例Ｅ１と比較例Ｃ１とを用い，捕集効率，及びパティキュレートの燃焼速度の測定を行った。
捕集効率の測定は，所定量の軽油を不完全燃焼させ，発生するパティキュレートをエアー（２ｍ3／ｍｉｎ）と共にフィルタを通過させ，その後方に完全濾過できる濾紙により，通過パティキュレート量を計測し，全パティキュレート量に対するフィルタ内パティキュレートの比率を捕集効率とするという手順により行った。
またパティキュレートの燃焼速度の測定は，上記捕集効率測定後のサンプルを排ガス成分中で所定温度（４００℃）に上げた際のＰＭ焼成状態を確認するという手順により行った。
これらの測定結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
0003727550.tif 000002
【００４３】
表１より知られるごとく，
本発明の実施例である実施例Ｅ１は，パティキュレートの燃焼速度が非常に速く，排ガス浄化フィルタとしての性能が高いことがわかった。
なお，捕集効率としては実施例Ｅ１も比較例Ｃ１も同等であった。
この結果から，上記表面細孔量の増大によって，パティキュレートの酸化反応（燃焼除去）能力を向上させることができ，表面細孔量の増大が排ガス浄化フィルタにとって非常に有効であることがわかった。
【００４４】
（実施例４）
本例では，実施例１におけるハニカム構造体１０を成形するに当たり，ハニカム状のスリット溝を有すると共にその溝形状が凹凸を呈する波形形状である金型を用いて押出成形した例である。そして図４に示すごとく，ハニカム構造体１０の隔壁１１の表面を凹凸を呈するような波形形状とした。
【００４５】
この場合には，隔壁１１全体の形状自体が表面積を増大する形状となる。そのため，隔壁１１表面の表面積をより大きくすることができ，さらに触媒によるパティキュレートの酸化反応効果を向上させることができる。
その他は実施例１と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，排ガス浄化フィルタを正面図。
【図２】実施例１における，図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例２における，表面細孔量と圧力損失との関係を示す説明図。
【図４】実施例４における，ハニカム構造体の隔壁形状を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．排ガス浄化フィルタ，
１０．．．ハニカム構造体，
１１．．．隔壁，
１３．．．セル，
２．．．触媒，
【図１】
0003727550.tif 000003
【図２】
0003727550.tif 000004
【図３】
0003727550.tif 000005
【図４】
0003727550.tif 000006