(57)【要約】【課題】  隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるハニカムフィルタであって、ハニカム構造体同士の接合部が万一分離しても、円筒状の金属製収納容器内で相対的に回転移動せず、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を抑制することのできるハニカムフィルタを得る。【解決手段】  複数のハニカム構造体の接合される側の端面が前記流路と実質的に平行な面を有し、前記ハニカム構造体は相互に前記流路と実質的に平行な面の少なくとも一部で接触している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるハニカムフィルタであって、前記ハニカム構造体の接合される側の端面が前記流路と実質的に平行な面を有し、前記ハニカム構造体は相互に前記流路と実質的に平行な面の少なくとも一部で接触していることを特徴とするハニカムフィルタ。
【請求項２】
前記ハニカム構造体は、前記流路と実質的に平行な面の少なくとも一部で接合材を介して接合していることを特徴とする請求項１に記載のハニカムフィルタ。
【請求項３】
前記ハニカム構造体は、前記流路と垂直方向に接合した複数のハニカム要素からなり、該複数のハニカム要素の端面を流路方向にずらして接合することにより、前記ハニカム構造体の端面に前記流路と実質的に平行な面を形成することを特徴とする請求項１〜２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、ディーゼルエンジンやボイラー等の燃焼装置から排出される排気ガス中の微粒子状物質を捕集、除去するのに使用されるセラミックハニカムフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやボイラー等の燃焼装置から排出される排気ガス中には黒鉛を主体とする微粒子状物質（パティキュレート・マター、以下「ＰＭ」という）が多量に含まれており、これが大気中に放出されると、人体や環境に悪影響を与える。このため、これらの排気系部品には、ＰＭを補集、除去するためのフィルタが搭載されている。図３は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭを捕集、除去する、従来のセラミックハニカムフィルタ（以下「ハニカムフィルタ」という）の一例を示し、（ａ）は一部を省略した正面模式図、（ｂ）は側断面模式図である。図３において、ハニカムフィルタ３０は、多孔質セラミックからなり、外周壁１と、この外周壁１の内側に各々直交する隔壁２で仕切られた多数の流路３、４を有するセラミックハニカム構造体（以下「ハニカム構造体」という）３１が、排気ガスの流入側端面７と流出側端面８で交互に封止部５、６で封止されている。また、図示しないが、ハニカム構造体３１の外周壁１は、金属メッシュあるいはセラミックス製のマットなどで形成された把持部材で使用中に動かないように把持され、金属製収納容器に配置されている。
【０００３】
図３に示すハニカムフィルタ３０において、排気ガスの浄化は以下の通り行われる。排気ガス（点線矢印で示す）は、流入側端面７に開口している流路３から流入する。そして、排気ガス中に含まれるＰＭは、隔壁２を通過する際に捕集され、浄化された排気ガスは、流出側端面８に開口している流路４から流出、大気中に放出される。一方、隔壁２に捕集されたＰＭが一定量以上になると、目詰まりしてしまうので、バーナーや電気ヒーターなどによりこれを燃焼させ、ハニカムフィルタ３０の再生が行われる。
【０００４】
ところで近年、ＰＭの捕集効率を向上させるなどの目的で、図４に示すような流入側の封止部がハニカムフィルタの流入側端面から離れた流路内部に生成されたものが開発されつつある。例えば特許文献１には、図４に示す形態のハニカムフィルタが提案されている。図４は特許文献１に提案されるハニカムフィルタ４０を示し、（ａ）は一部を省略した正面模式図、（ｂ）は側断面模式図であり、ハニカムフィルタ４０は、外周壁１ａの内側に隔壁２ａで仕切られた多数の流路３ａ、４ａを有するハニカム構造体４１Ａが、流路３ａの流出側端面７ｂにおいて封止部５ａで封止されている。また、外周壁１ｂの内側に隔壁２ｂで仕切られた多数の流路３ｂ、４ｂを有するハニカム構造体４１Ｂが、流路３ｂの流入側端面８ａにおいて封止部５ｂで封止されると共に、流路４ｂの流出側端面８ｂにおいて封止部６で封止されている。そして、ハニカム構造体４１Ａの流出側端面７ｂとハニカム構造体４１Ｂの流入側端面８ａを、封止部５ａと封止部５ｂで接合し、ハニカム構造体４１Ａとハニカム構造体４１Ｂを一体にしてハニカムフィルタ４０としている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５１１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に提案される、図４（ａ）のハニカムフィルタ４０は、通常、円筒形状であり、図５（ａ）に示すように金属メッシュあるいはセラミックス製のマットなどで形成された把持部材５１で把持され、同じく円筒状の金属製収納容器５２内に収納されている。このようなハニカムフィルタは、２つのハニカム構造体４０Ａおよび４０Ｂを流路方向に接合した構造であることから、金属製収納容器５２に収納する際の圧入荷重や、フィルタとして使用した際の機械的振動や熱応力によって、接合部Ｊからクラックが発生し、ハニカム構造体４０Ａと別のハニカム構造体４０Ｂが接合部Ｊで分離に至る場合もある。このような場合、外周壁１ａおよび１ｂは、把持部材５１により把持されていることから、ハニカム構造体４０Ａに対してハニカム構造体４０Ｂが相対的に、徐々に回転移動することもある。例えば、図５（ｂ）（図５（ａ）の矢視断面Ｇ−Ｇ（拡大図））に示すように、円筒状の金属製収納容器５２内で相対的に回転移動（Ｘ）し、ハニカム構造体４０Ａの隔壁２ａと封止部５ａが、別のハニカム構造体４０Ｂの流路４ｂに跨がって、流路４ｂの断面積（Ｓ）を縮小させ、ハニカムフィルタ４０の圧力損失を増加させてしまうことがある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるハニカムフィルタであって、ハニカム構造体同士の接合部が万一分離しても、円筒状の金属製収納容器内で相対的に回転移動せず、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を抑制することのできるハニカムフィルタを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のハニカムフィルタは、隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるハニカムフィルタであって、前記ハニカム構造体の接合される側の端面が前記流路と実質的に平行な面を有し、前記ハニカム構造体は相互に前記流路と実質的に平行な面の少なくとも一部で接触していることを特徴とする。ここで「実質的に平行な面」とは、複数のハニカム要素が、接合するのに支障にならない範囲で平行でない面も含むことを意味する。また「接触」とは、接着剤などの接合材を介して接合しているのではなく、単に接触して繋がっている状態を意味する。
【０００９】
上記構成とすることで、ハニカムフィルタを金属製収納容器に収納する際の圧入荷重や、フィルタとして使用した際の機械的振動や熱応力によって、ハニカム構造体の接合部にクラックが発生してハニカム構造体が分離しても、ハニカム構造体は相互に流路と実質的に平行な面でかみ合っているために、円筒状の金属製収納容器内で相対的に円周方向に回転移動せず、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を抑制できる。
【００１０】
また本発明のハニカムフィルタにおいて、前記ハニカム構造体は、前記流路と実質的に平行な面の少なくとも一部で接合材を介して接合していることが好ましい。隔壁の端面同士や特許文献１に記載のように封止部同士を接合するのみでなく、流路と実質的に平行な面同士を接合することで、接合面積を大きくすることができるため接合強度が向上し、ハニカム構造体が分離する虞が低減する。
【００１１】
また本発明のハニカムフィルタにおいて、前記ハニカム構造体は、前記流路と垂直方向に接合した複数のハニカム要素からなり、該複数のハニカム要素の端面を流路方向にずらして接合することにより、前記ハニカム構造体の端面に前記流路と実質的に平行な面を形成することもできる。図２に示すように、ハニカム構造体の流路に対して垂直方向に分割した複数のハニカム要素を、並列に束ねて接合し、ハニカム構造体２１Ａ、２１Ｂを製造する際に、ハニカム要素の端面を流路方向にずらして接合することで、セラミックハニカム構造体の端面に前記面を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のハニカムフィルタによれば、隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるハニカムフィルタであって、ハニカム構造体同士の接合部が万一分離しても、円筒状の金属製収納容器内で相対的に回転移動せず、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態の数例を、図面に基づき詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係わるハニカムフィルタを示し、（ａ）はハニカムフィルタとして接合される前のハニカム構造体１１Ａと１１Ｂを示した模式図である。２つのハニカム構造体１１Ａと１１Ｂが相互に接合する端面７ｂと８ａには、流路と実質的に平行な面（以下、「かみ合い面」と称する）１３が形成されている。（ｂ）はハニカム構造体１１Ａと１１Ｂを接合してハニカムフィルタとしたときの、側断面模式図である。図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、ハニカム構造体の１１Ａと１１Ｂの接合面に形成したかみ合い面１３が相互にかみ合うように接触させてハニカム構造体を接合することで、仮に接合部が分離しても、ハニカム構造体の１１Ａ、１１Ｂが相対的に回転移動しないため、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を生じることがない。また、ハニカム構造体の接合は隔壁の端面同士や封止部同士を接着剤などで接合するだけでなく、かみ合い面１３が相互に接着剤などの接合材を介して接合させると、接合強度が向上でき、ハニカム構造体１１Ａ、１１Ｂが分離する虞が低減する。
【００１４】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係る円柱状のハニカムフィルタを示し、（ａ）はハニカムフィルタの流入側端面の正面模式図であり、（ｂ）は（ａ）でのＥ−Ｅ断面図である。図２（ａ）および図２（ｃ）に示すように、ハニカム構造体２１Ａはハニカム要素ＡｕとＢｕとを接合面Ｋにて結束して接合し、ハニカム構造体２１ＢはＡｌとＢｌとを同じく接合面Ｋにて結束して接合することで形成されている。また、ハニカム要素ＡｕとＢｕとを接合する際に、流出側端面を図２（ｃ）に示すように距離Ｓずらして接合することで、かみ合い面１３が形成されている。また同様に、ハニカム要素ＡｌとＢｌとを接合する際に、距離Ｓずらして接合することで、かみ合い面１３が形成されている。そして図２（ｂ）に示すように、ハニカム構造体の１１Ａと１１Ｂの接合面に形成したかみ合い面１３が相互にかみ合うように接触させて接合することで、仮に接合部が分離しても、ハニカム構造体の１１Ａ、１１Ｂが相対的に回転移動しないため、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を生じることがない。また、ハニカム構造体の接合は隔壁の端面同士や封止部同士を接着剤などで接合するだけでなく、かみ合い面１３が相互に接着剤などの接合材を介して接合させると、接合強度が向上でき、ハニカム構造体１１Ａ、１１Ｂが分離する虞が低減する。
【実施例１】
【００１５】
実施の形態１に係る、図１に示すハニカムフィルタ１０は、以下のようにして得る。先ず、カオリン、タルク、シリカ、アルミナなどの粉末を調整して、質量比で、ＳｉＯ２：４８〜５２％、Ａｌ２Ｏ３：３３〜３７％、ＭｇＯ：１２〜１５％となるようコージェライト化原料粉末を準備し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のバインダー、潤滑剤、造孔材としてグラファイトを添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を添加、十分な混練を行って可塑化したセラミック杯土を作成する。次に公知の押出し成形用金型を用いて坏土を押出成形し、切断して成形体とし、次に成形体を、乾燥、焼成させ、隔壁で仕切られた多数の流路を有し、断面が円形状で焼成後の直径が２６８ｍｍとなる全長が３２０ｍｍのコージェライト質の長尺ハニカム素材を作製する。
【００１６】
次に、ダイヤモンド砥石を用いて長尺ハニカム素材を切断し、切断後の長さが１０５ｍｍのハニカム構造体と、切断後の長さが２１０ｍｍのハニカム構造体とにする。次に、ダイヤモンド砥石を用いて上記２つのハニカム構造体のそれぞれ一方の端面を図1（ａ）に示すように円の１／２部分を削り取り、流路方向の長さが５ｍｍとなるようにかみ合い面１３を形成し、長さが１０５ｍｍのハニカム構造体１１Ａと、切断後の長さが２１０ｍｍのハニカム構造体１１Ｂとする。
【００１７】
次にハニカム構造体１１Ａの流出側端面７ｂと、ハニカム構造体１１Ｂの流入側端面８ａおよび流出側端面８ｂとに公知の方法にて封止部５ａ、５ｂ、６を形成した後、封止部５ａ、５ｂとかみ合い面１３に接着剤を塗布してハニカム構造体１１Ａとハニカム構造体１１Ｂとを図１（ｂ）に示すように接合し、全長が３１０ｍｍのハニカムフィルタ１０となる。
【実施例２】
【００１８】
実施の形態２に係る、図２に示すハニカムフィルタ２０は、以下のようにして得る。先ず実施例１と同様に、カオリン、タルク、シリカ、アルミナなどの粉末を調整して、質量比で、ＳｉＯ２：４８〜５２％、Ａｌ２Ｏ３：３３〜３７％、ＭｇＯ：１２〜１５％となるようコージェライト化原料粉末を準備し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のバインダー、潤滑剤、造孔材としてグラファイトを添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を添加、十分な混練を行って可塑化したセラミック杯土を作成する。次に、断面が扇形となる押出し成形用金型を用いて坏土を押出成形し、切断して、断面が扇形となる成形体とする。次に、成形体を、乾燥、焼成させ、隔壁で仕切られた多数の流路を有し、断面が円の１／２の扇形で、焼成後の半径Ｒが１３４ｍｍとなる全長が３１０ｍｍのコージェライト質の長尺ハニカム素材を２ヶ作製する。
【００１９】
次に、ダイヤモンド砥石を用いて断面が扇形の長尺ハニカム素材の一つを切断し、切断後の長さが１００ｍｍのハニカム要素Ａｕと、切断後の長さが２０５ｍｍのハニカム要素Ａｌとする。同様に残りの長尺ハニカム素材を切断し、切断後の長さが９５ｍｍのハニカム要素Ｂｕと、切断後の長さが２１０ｍｍのハニカム要素Ｂｌとする。次に、ハニカム要素Ａｕ、Ｂｕに対しては、流路３ａの流出側端面７ｂにおいて公知の方法を用いて封止部５ａを形成し、ハニカム要素Ａｌ、Ｂｌに対しては、流路３ｂの流入側端面８ａと流路４ｂの流出側端面８ｂにおいてそれぞれ封止部５ｂと封止部６を形成する。
【００２０】
次にハニカム要素Ａｕとハニカム要素Ｂｕとを接着剤を用いて接合し、図２（ｃ）に示すハニカム構造体２１Ａを作製する。この際、２つのハニカム要素ＡｕとＢｕの流路方向の長さが５ｍｍ異なるので、流入側端面７ａが平面となるようにハニカム要素ＡｕとＢｕを接合することで、かみ合い面１３が形成される。同様にハニカム要素Ａｌとハニカム要素Ｂｌとを接着剤を用いて接合し、かみ合い面１３が形成されたハニカム構造体２１Ｂを作製する。
【００２１】
次に封止部５ａ、５ｂとかみ合い面１３に接着剤を塗布してハニカム構造体２１Ａとハニカム構造体２１Ｂとを図２（ｂ）に示すように接合し、全長が３０５ｍｍのハニカムフィルタ２０となる。
【００２２】
なお、本実施例２においては、ハニカム構造体２１Ａ、２１Ｂは、それぞれ断面形状が円の１／２の扇形形状とした２つのハニカム要素を結束して接合することで作製したが、各ハニカム要素はさらに細かく分割、例えば断面形状が１／４の扇形形状とした４つのハニカム要素を結束し接合して各ハニカム構造体とすることもできるし、ハニカム要素の断面形状は扇形以外の形状とすることも可能である。
【００２３】
また、本実施例２では、ハニカム要素Ａｕとハニカム要素Ｂｕとを接合してハニカム構造体２１Ａを作製し、ハニカム要素Ａｌとハニカム要素Ｂｌとを接合してハニカム構造体２１Ｂを作製した後に、ハニカム構造体２１Ａ、２１Ｂを接合しハニカムフィルタ２０としたが、先にハニカム要素Ａｕとハニカム要素Ａｌとを接合し、またハニカム要素Ｂｕとハニカム要素Ｂｌとを接合した後に、双方を接合してハニカムフィルタ２０とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１に係わるハニカムフィルタを示し、（ａ）は接合してハニカムフィルタとなる前のハニカム構造体の模式図、（ｂ）はハニカムフィルタの側断面模式図、（ｃ）は（ｂ）でのＦ部の拡大図である。
【図２】実施の形態２に係るハニカムフィルタを示し、（ａ）は一部を省略したハニカムフィルタの流入側端面の模式図、（ｂ）は（ａ）でのＥ−Ｅ断面図、（ｃ）は接合してハニカムフィルタとなる前のハニカム構造体の模式図、（ｄ）は（ｂ）でのＦ部の拡大図である。
【図３】ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭを捕集、除去する、従来のハニカムフィルタの一例を示し、（ａ）は一部を省略した流入側端面の模式図、（ｂ）は側断面模式図である。
【図４】特許文献１に提案されるハニカムフィルタを示し、（ａ）は一部を省略した流入側端面の模式図、（ｂ）は側断面模式図である。
【図５】収納容器のハニカムフィルタを構成するハニカム構造体の相対的な回転移動を説明する図であり、（ａ）はハニカムフィルタと収納容器の側断面模式図、（ｂ）はハニカム構造体が相対的な回転移動をした後の（ａ）における矢視Ｇ−Ｇの模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０、２０、３０、４０：セラミックハニカムフィルタ（ハニカムフィルタ）
１１Ａ、１１Ｂ、２１Ａ、２１Ｂ、３１、４１Ａ、４１Ｂ：セラミックハニカム構造体（ハニカム構造体）
１３：流路と実質的に平行な面（かみ合い面）
１、１ａ：外周壁
２、２ａ、２ｂ：隔壁
３、３ａ、３ｂ、４、４ａ、４ｂ：流路
５、５ａ、５ｂ、６：封止部
７、７ａ、８ａ：流入側端面
７ｂ、８、８ｂ：流出側端面
Ａｕ、Ｂｕ：流路の上流側のハニカム構造体を構成するハニカム要素
Ａｌ、Ｂｌ：流路の下流側のハニカム構造体を構成するハニカム要素
Ｊ：接合部
Ｋ：ハニカム要素の接合面
Ｓ：ずらし寸法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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