(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体からなる複数の柱状ハニカムフィルタの外周面同士をセラミック質シール材層を介して結束することにより、前記各ハニカムフィルタを角柱状に一体化してなるフィルタコア部材と、
前記フィルタコア部材を構成するセラミック多孔質体よりも熱伝導率の低いセラミック材料からなり、前記フィルタコア部材の辺部外側に配置された状態で同フィルタコア部材の外周面にセラミック質シール材層を介して結束された第１の低熱伝導部材と、
前記第１の低熱伝導部材を構成するセラミック材料よりもさらに熱伝導率の低いセラミック材料からなり、前記フィルタコア部材の角部外側に配置されるとともに、隣接する前記第１の低熱伝導部材の外周面にセラミック質シール材層を介して結束された第２の低熱伝導部材と
を備えるセラミックフィルタ集合体。
【請求項２】
前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材はセラミック多孔質体であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックフィルタ集合体。
【請求項３】
前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材は、軸線方向に沿って延びる多数のセルの端部が交互に封止されたハニカム構造体であることを特徴とする請求項２に記載のセラミックフィルタ集合体。
【請求項４】
前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材は、前記フィルタコア部材を構成するセラミック多孔質体よりも硬度の低いセラミック材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセラミックフィルタ集合体。
【請求項５】
前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材は、多孔質コーディエライト製であることを特徴とする請求項４に記載のセラミックフィルタ集合体。
【請求項６】
前記セラミックフィルタ集合体は、断面円形状または断面楕円形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセラミックフィルタ集合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の柱状ハニカムフィルタをセラミック質シール材層を介して接着した部材を含んで構成されるセラミックフィルタ集合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の台数は２０世紀以降飛躍的に増加しており、それに比例して自動車の内燃機関から出される排気ガスの量も急激な増加の一途を辿っている。特にディーゼルエンジンの出す排気ガス中に含まれる種々の物質は、汚染を引き起こす原因となるため、現在では世界環境にとって深刻な影響を与えつつある。また、最近では排気ガス中の微粒子（ディーゼルパティキュレート）が、ときとしてアレルギー障害や精子数の減少を引き起こす原因となるとの研究結果も報告されている。つまり、排気ガス中の微粒子を除去する対策を講じることが、人類にとって急務の課題であると考えられている。
【０００３】
このような事情のもと、エンジンの排気マニホールドに連結された排気管の途上に金属製ケーシングを設け、その中にセラミックフィルタ集合体を配置した構造の排気ガス浄化装置が提案されている。セラミックフィルタ集合体とは、セラミック多孔質体からなる複数の角柱状ハニカムフィルタの外周面同士をセラミック質シール材層を介して接着・一体化してなるものをいう。ここで従来における集合体の製造方法を簡単に述べる。
【０００４】
まず、押出成形機の金型を介してセラミック原料を連続的に押し出すことにより、四角柱状のハニカム成形体を形成する。ハニカム成形体を等しい長さに切断した後、その切断片を脱脂、焼成してハニカムフィルタとする。焼成工程の後、ハニカムフィルタの外周面にセラミック質シール材を均一に塗布し結束一体化する。そして、このようなフィルタ構造物の外周部分を研削加工することにより、断面円形状または断面楕円形状のセラミックフィルタ集合体が得られる。そして、上記集合体の外周面に断熱材を巻き付け、集合体を排気管の途上に設けられたケーシング内に収容することにより、最終的に排気ガス浄化装置が完成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術のセラミックフィルタ集合体の場合、集合体外周部からケーシング側に熱が逃げやすく、それゆえ集合体中心部に比べて集合体外周部のほうが低温になる傾向にある。よって、集合体内に温度差に起因する応力が発生し、ひいては熱衝撃により集合体が破損しやすくなる。また、温度が十分に上がりにくい集合体外周部においてはススの燃え残りが生じ、再生効率が悪くなるおそれがある。
【０００６】
さらに、炭化珪素（ＳｉＣ）に代表される非酸化物系セラミック材料をフィルタ用材料として用いた場合、集合体全体の外形を整えるために、硬質なハニカムフィルタの一部を切削加工により除去する必要がある。それゆえ、製造が面倒であることに加え、コスト高になりやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、強度及び再生効率に優れたセラミックフィルタ集合体を提供することにある。
本発明の第２の目的は、さらに、製造が容易であってかつ比較的安価なセラミックフィルタ集合体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体からなる複数の柱状ハニカムフィルタの外周面同士をセラミック質シール材層を介して結束することにより、前記各ハニカムフィルタを角柱状に一体化してなるフィルタコア部材と、前記フィルタコア部材を構成するセラミック多孔質体よりも熱伝導率の低いセラミック材料からなり、前記フィルタコア部材の辺部外側に配置された状態で同フィルタコア部材の外周面にセラミック質シール材層を介して結束された第１の低熱伝導部材と、前記第１の低熱伝導部材を構成するセラミック材料よりもさらに熱伝導率の低いセラミック材料からなり、前記フィルタコア部材の角部外側に配置されるとともに、隣接する前記第１の低熱伝導部材の外周面にセラミック質シール材層を介して結束された第２の低熱伝導部材とを備えるセラミックフィルタ集合体をその要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１において、前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材はセラミック多孔質体であるとした。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材は、軸線方向に沿って延びる多数のセルの端部が交互に封止されたハニカム構造体であるとした。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材は、前記フィルタコア部材を構成するセラミック多孔質体よりも硬度の低いセラミック材料からなるとした。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記第１の低熱伝導部材及び第２の低熱伝導部材は、多孔質コーディエライト製であるとした。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項において、前記セラミックフィルタ集合体は、断面円形状または断面楕円形状であるとした。
【００１３】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１に記載の発明によると、低熱伝導部材を配置したことにより、集合体外周部における断熱効果が高くなり、集合体外周面からケーシング側に熱が逃げにくくなる。その結果、集合体外周部の温度が上がりやすくなり、集合体中心部との温度差が小さくなる。よって、大きな応力が発生しにくくなり、熱衝撃による集合体の破損が防止される。また、ススの燃え残りが生じにくくなり、再生効率も向上する。また、ススの燃え残りによるフィルタの限界を超えた異常な燃焼を抑えることができる。
【００１４】
尚、フィルタコア部材の角部外側箇所のほうがフィルタコア部材の辺部外側箇所に比べて通常中央部から遠くなるため、温度が上がりにくく、ケーシング側に熱が逃げやすい。そこで、フィルタコア部材の角部外側箇所の熱伝導性を、フィルタコア部材の辺部外側箇所の熱伝導性よりもさらに低くしておくことにより、より確実に断熱効果を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によると、セラミック多孔質体からなる低熱伝導部材であれば、それ自身がフィルタの一部として機能するため、フィルタコア部材の大型化を伴わなくても所定の濾過能力が維持される。また、セラミック材料は一般的に熱に強いので、集合体の耐熱性が損なわれるようなこともなく、熱膨張率も同等なものが使用できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によると、上記ハニカム構造体を低熱伝導部材として用いることにより、集合体の濾過能力を高いレベルに確実に維持することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によると、相対的に硬度の低いセラミック材料からなる低熱伝導部材であれば、集合体全体の外形を整えるために低熱伝導部材の一部を除去することが比較的容易になる。従って、製造がそれほど面倒でなく安価な集合体とすることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によると、多孔質コーディエライトは、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体ほど硬質ではなく、しかも廉価であるため、低熱伝導部材の形成材料として極めて好適である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明を具体化した一実施形態のディーゼルエンジン用の排気ガス浄化装置１を、図１〜図４（ｃ）に基づき詳細に説明する。
【００２０】
図１に示されるように、この排気ガス浄化装置１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン２から排出される排気ガスを浄化するための装置である。ディーゼルエンジン２は、図示しない複数の気筒を備えている。各気筒には、金属材料からなる排気マニホールド３の分岐部４がそれぞれ連結されている。各分岐部４は１本のマニホールド本体５にそれぞれ接続されている。従って、各気筒から排出された排気ガスは一箇所に集中する。
【００２１】
排気マニホールド３の下流側には、金属材料からなる第１排気管６及び第２排気管７が配設されている。第１排気管６の上流側端は、マニホールド本体５に連結されている。第１排気管６と第２排気管７との間には、同じく金属材料からなる筒状のケーシング８が配設されている。ケーシング８の上流側端は第１排気管６の下流側端に連結され、ケーシング８の下流側端は第２排気管７の上流側端に連結されている。排気管６，７の途上にケーシング８が配設されていると把握することもできる。そして、この結果、第１排気管６、ケーシング８及び第２排気管７の内部領域が互いに連通し、その中を排気ガスが流れるようになっている。
【００２２】
図１に示されるように、ケーシング８はその中央部が排気管６，７よりも大径となるように形成されている。従って、ケーシング８の内部領域は、排気管６，７の内部領域に比べて広くなっている。このケーシング８内には、セラミックフィルタ集合体９が収容されている。
【００２３】
集合体９の外周面とケーシング８の内周面との間には、集合体９とは別体で構成された断熱材１０が配設されている。断熱材１０はセラミックファイバを含んで形成されたマット状物であり、その厚さは数ｍｍ〜数十ｍｍである。断熱材１０は熱膨張性を有していることがよい。ここでいう熱膨張性とは、弾性構造を有するため熱応力を解放する機能があることを指す。その理由は、集合体９の最外周部から熱が逃げることを防止することにより、再生時のエネルギーロスを最小限に抑えるためである。また、弾性構造を有するので、排気ガスの圧力や走行による振動等のもたらすセラミックフィルタ集合体９の位置ずれを防止することができる。
【００２４】
本実施形態において用いられるセラミックフィルタ集合体９は、上記のごとくディーゼルパティキュレートを除去するものであるため、一般にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と呼ばれる。
【００２５】
このセラミックフィルタ集合体９は、フィルタコア部材２１と、低熱伝導部材２２とによって構成されている。
フィルタコア部材２１は集合体９の中心部に配置されている。フィルタコア部材２１は、複数の柱状ハニカムフィルタＦ１を接着して一体化した構造を有している。本実施形態のハニカムフィルタＦ１では、軸線方向に対して直交する方向の断面がいずれも正方形状となっている。フィルタコア部材２１自体の断面も正方形である。
【００２６】
図２，図３に示されるように、これらのフィルタＦ１は、いわゆるハニカム構造体である。ハニカム構造体を採用した理由は、微粒子の捕集量が増加したときでも圧力損失が小さいという利点があるからである。各ハニカムフィルタＦ１には、断面略正方形状をなす複数の貫通孔１２がその軸線方向に沿って規則的に形成されている。各貫通孔１２は薄いセル壁１３によって互いに仕切られている。セルの内壁面には、白金族元素（例えばＰｔ等）やその他の金属元素及びその酸化物等からなる酸化触媒が担持されている。
【００２７】
各貫通孔１２の開口部は、いずれか一方の端面９ａ，９ｂの側において封止体１４（ここでは多孔質炭化珪素焼結体）により封止されている。従って、端面９ａ，９ｂ全体としてみると市松模様状を呈している。その結果、ハニカムフィルタＦ１には、断面四角形状をした多数のセルが形成されている。セルの密度は１００〜４００個／平方インチ前後に設定され、セル壁１３の厚さは０．０５〜０．５ｍｍ程度である。多数あるセルのうち、約半数のものは上流側端面９ａにおいて開口し、残りのものは下流側端面９ｂにおいて開口している。
【００２８】
ハニカムフィルタＦ１の平均気孔径は１μｍ〜５０μｍである。平均気孔径が１μｍ未満であると、微粒子の堆積によるハニカムフィルタＦ１の目詰まりが著しくなる。一方、平均気孔径が５０μｍを越えると、細かい微粒子を捕集することができなくなるため、捕集効率が著しく低下してしまう。
【００２９】
ハニカムフィルタＦ１の気孔率は３０％〜８０％、さらには３５％〜７０％であることが好ましい。気孔率が３０％未満であると、ハニカムフィルタＦ１が緻密になりすぎてしまい、内部に排気ガスを流通させることができなくなるおそれがある。一方、気孔率が８０％を越えると、ハニカムフィルタＦ１中に空隙が多くなりすぎてしまうため、強度的に弱くなりかつ微粒子の捕集効率が低下してしまうおそれがある。
【００３０】
図２，図３に示されるように、合計４個のハニカムフィルタＦ１の外周面は、セラミック質シール材層１５を介して互いに接着されている。
セラミック質シール材層１５は、その組成中に無機バインダ、有機バインダ、無機繊維（具体的にはセラミックファイバ）を含有している。セラミックファイバを選択した理由は、セラミックファイバは耐熱性に優れているため、好適な耐熱性が付与されるからである。前記セラミックファイバとしては、例えば、シリカ−アルミナファイバ、ムライトファイバ、アルミナファイバ及びシリカファイバから選ばれる少なくとも１種以上のものが挙げられる。これらのなかでも、特にシリカ−アルミナファイバを選択することが望ましい。シリカ−アルミナファイバは、弾性に優れるとともに熱応力を吸収する作用を示すからである。なお、セラミック質シール材層１５におけるファイバ含有量は固形分で１０重量％〜４０重量％であることがよく、セラミックファイバの繊維長は１０μｍ〜３０００μｍであることがよい。セラミック質シール材層１５の厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍであることがよく、さらには０．３ｍｍ〜１ｍｍであることがよい。
【００３１】
一方、低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１の外側に配置された状態で同フィルタコア部材２１の外周面にセラミック質シール材層１５を介して接着されている。なお、セラミック質シール材層１５の組成は、ハニカムフィルタＦ１間の接着に使用するものと同じでもよいほか、異なっていてもよい。本実施形態では同一のものを選択している。勿論、このようなセラミック質シール材層１５は、低熱伝導部材２２間の接着に使用されてもよい。
【００３２】
上記角柱状ハニカムフィルタＦ１は、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体からなる。その理由は、このようなセラミック多孔質体は、他の非酸化物系セラミック多孔質体に比較して極めて耐熱性、機械的強度及び熱伝導性に優れているからである。「炭化珪素を主成分とする」とは、組成中に炭化珪素分を重量比で５０％以上含んでいることをいう。従って、組成中に炭化珪素分を重量比で５０％以上含み、かつそれよりも少量の他物質（例えば珪素や窒素等）を含むものも、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体に該当する。なお、本実施形態では、炭化珪素分を９９重量％以上含むセラミック多孔質体（高純度多孔質炭化珪素焼結体）が使用されている。
【００３３】
上記低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体よりも熱伝導率の低いセラミック材料からなる。従って、高純度多孔質炭化珪素焼結体製のフィルタコア部材２１を用いた本実施形態では、低熱伝導部材２２は高純度多孔質炭化珪素焼結体よりも熱伝導率の低いセラミック材料からなる必要がある。
【００３４】
低熱伝導部材２２は多孔質体、特にセラミック多孔質体であることがよい。好適なセラミック多孔質体の具体例としては、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）等の多孔質体が挙げられる。とりわけ低熱伝導部材２２としては、酸化珪素を一成分として含む酸化物系のセラミック多孔質体からなることが好ましい。なお、低熱伝導部材２２は、軸線方向に沿って延びる多数のセルの端部が交互に封止されたハニカム構造体であることがよい。
【００３５】
セラミック多孔質体からなる低熱伝導部材２２であれば、それ自身がフィルタの一部として機能するため、フィルタコア部材２１の大型化を伴わなくても所定の濾過能力が維持されるからである。また、セラミック材料は一般的に熱に強いので、これを用いれば集合体９の好適な耐熱性が維持されるからである。なお、前記ハニカム構造体のセル壁には、ハニカムフィルタＦ１と同じように酸化触媒が担持されていることがよい。
【００３６】
また、上記低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体（ここでは高純度多孔質炭化珪素焼結体）よりも硬度の低いセラミック材料からなることが望ましい。その理由は、高純度多孔質炭化珪素焼結体に比べて相対的に硬度が低ければ、容易に外形カット工程を行うことが可能だからである。以上のことから、本実施形態では多孔質コーディエライト製の低熱伝導部材２２を用いている。即ち、多孔質コーディエライトは、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体ほど高熱伝導性・硬質ではなく、しかも廉価であるため、低熱伝導部材２２の形成材料として極めて好適だからである。また、多孔質ハニカム構造体を容易に作製することが可能だからである。
【００３７】
ここで、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体の５００℃での熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであることがよく、低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料の熱伝導率はフィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体より低くする方がよい。
【００３８】
フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体の熱伝導率が小さすぎると、フィルタコア部材２１内に温度差が生じやすくなり、クラックの原因となる熱応力の発生につながるおそれがある。フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体の熱伝導率を大きくしようとすると、材料の選定や焼成条件の設定等が難しくなり、製造コストの高騰をきたすおそれがある。低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料の熱伝導率が大きすぎると、集合体９の外周部における断熱効果を十分に高めることができなくなる。よって、集合体９の外周面からケーシング８側に逃げてしまう熱量を効果的に低減できなくなる。
【００３９】
フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体のビッカース硬さは１５００〜３０００ｋｇ／ｍｍ2であることがよく、低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料のビッカース硬さはフィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体より相対的に低くする方がよい。
【００４０】
フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体が柔らかすぎると、フィルタコア部材２１の強度低下、ひいては集合体９全体の強度低下を来してしまい、耐久性に劣る集合体９となってしまう。フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体を上記値よりも硬くしようとすると、材料の選定や焼成条件の設定等が難しくなり、製造コストの高騰をきたすおそれがある。低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料が柔らかすぎると、製造時に研削加工しやすい利点がある反面、使用時に割れ等が発生しやすくなる。よって、集合体９全体の強度低下につながるおそれがある。
【００４１】
完成した集合体９において低熱伝導部材２２の断面形状は、フィルタコア部材２１を構成する各ハニカムフィルタＦ１とは違う形状、即ち異型の柱状部材となっている。低熱伝導部材２２における１つの外周面は、研削加工により除去されることによってできた凸状曲面になっている。この凸状曲面は、集合体９の外周面の一部を構成する。なお、これら低熱伝導部材２２は、製造初期の段階においては各ハニカムフィルタＦ１と同様の断面形状を呈している。１つの集合体９に用いられている低熱伝導部材２２の数は１２本であり、それらがフィルタコア部材２１の外側を完全に包囲した状態になっている。そして、集合体９全体としてみると、円柱状のセラミックフィルタ集合体９（直径１３５ｍｍ前後）が構成されている。
【００４２】
次に、上記のセラミックフィルタ集合体９を製造する手順を図４（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。
まず、押出成形時に使用するセラミック原料スラリー、端面封止のために用いる封止用ペースト、接着工程で使用するシール材層用ペースト１８をあらかじめ作製しておく。セラミック原料スラリーについては、フィルタコア部材２１用及び低熱伝導部材２２用の２種を用意する。
（フィルタコア部材２１用のハニカムフィルタＦ１の作製）
ハニカムフィルタＦ１形成用のセラミック原料スラリーとしては、炭化珪素粉末に有機バインダ及び水を所定分量ずつ配合し、かつ混練したものを用いる。封止用ペーストとしては、炭化珪素粉末に有機バインダ、潤滑剤、可塑剤及び水を配合し、かつ混練したものを用いる。シール材層用ペースト１８としては、無機繊維、無機バインダ、有機バインダ、無機粒子及び水を所定分量ずつ配合し、かつ混練したものを用いる。
【００４３】
次に、前記セラミック原料スラリーを押出成形機に投入し、金型を介してそれを連続的に押し出す。その後、押出成形されたハニカム成形体を等しい長さに切断し、四角柱状のハニカム成形体切断片を得る。さらに、切断片の各セルの片側開口部に所定量ずつ封止用ペーストを充填し、各切断片の両端面を封止する。
【００４４】
続いて、温度・時間等を所定の条件に設定して脱脂、焼成を行い、ハニカム成形体切断片及び封止体１４を完全に焼結させ、四角柱状の多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタＦ１を４個得る。
【００４５】
なお、平均気孔径を６μｍ〜１５μｍとしかつ気孔率を３５％〜５０％とするために、本実施形態では焼成温度を２１００℃〜２３００℃に設定し、焼成時間を０．１時間〜５時間に設定している。また、焼成時の炉内雰囲気を不活性雰囲気とし、そのときの雰囲気の圧力を常圧としている。
【００４６】
次に、必要に応じてハニカムフィルタＦ１の外周面にセラミック質からなる下地層を形成した後、さらにその上にシール材層用ペースト１８を塗布する。そして、４個のハニカムフィルタＦ１の外周面同士を接着して一体化することにより、断面正方形状のフィルタコア部材２１を得る。
（低熱伝導部材２２の作製）
低熱伝導部材２２形成用のセラミック原料スラリーとしては、カオリン、アルミナ、タルクからなる原料を粉砕して粒度調整した後、有機バインダ及び水を所定分量ずつ配合し、かつ混練したものを用いる。封止用ペーストとしては、カオリン、アルミナ、タルクからなる原料を粉砕して粒度調整したものに有機バインダ、潤滑剤、可塑剤及び水を配合し、かつ混練したものを用いる。シール材層用ペースト１８としては上記のものを流用する。
【００４７】
次に、前記セラミック原料スラリーを押出成形機に投入し、金型を介してそれを連続的に押し出す。その後、押出成形されたハニカム成形体を等しい長さに切断し、四角柱状のハニカム成形体切断片を得る。さらに、切断片の各セルの片側開口部に所定量ずつ封止用ペーストを充填し、各切断片の両端面を封止する。
【００４８】
続いて、温度・時間等を従来公知の条件に設定して脱脂、焼成を行い、ハニカム成形体切断片及び封止体１４を完全に焼結させ角柱状の多孔質コーディエライト焼結体製の柱状部材２２ａを得る。
（接着工程）
次に、必要に応じて柱状部材２２ａの外周面にもセラミック質からなる下地層を形成した後、さらにその上にシール材層用ペースト１８を塗布する。そして、１２個の柱状部材２２ａをフィルタコア部材２１の外側に配置し、この状態で各柱状部材２２ａの外周面をフィルタコア部材２１の外周面に接着する。その結果、フィルタコア部材２１と柱状部材２２ａとからなるフィルタ接着構造物Ｍが得られる。図４（ａ），（ｂ）に示されるように、この時点ではフィルタ接着構造物Ｍはまだ全体として断面正方形状を呈している。
（外形カット工程）
続く外形カット工程では、接着工程を経て得られた断面正方形状のフィルタ接着構造物Ｍを研削し、外周部における不要部分を除去してその外形を整える。具体的には、フィルタコア部材２１の外周全体を包囲するようにして配置されている各柱状部材２２ａの一部を曲面的に研削して除去する。その結果、図４（ｃ）に示されるような断面円形状のフィルタ接着構造物Ｍが得られる。この工程を経ることにより、各柱状部材２２ａは異型断面を有する低熱伝導部材２２となる。外形カットによって新たに露出した面の全体には、上記シール材層用ペースト１８が塗布される。これによりフィルタ接着構造物Ｍの外周面全体に外周コート層１６が形成され、セラミックフィルタ集合体９が完成する。
【００４９】
次に、上記のセラミックフィルタ集合体９の作用について簡単に説明する。
ケーシング８内に収容されたセラミックフィルタ集合体９には、上流側端面９ａの側から排気ガスが供給される。第１排気管６を経て供給されてくる排気ガスは、まず、上流側端面９ａにおいて開口するセル内に流入する。この場合、排気ガスは、ハニカムフィルタＦ１のセルにも、低熱伝導部材２２のセルにも入り込む。次いで、この排気ガスはセル壁１３を通過し、それに隣接しているセル、即ち下流側端面９ｂにおいて開口するセルの内部に到る。そして、排気ガスは、同セルの開口を介して下流側端面９ｂから流出する。しかし、排気ガス中に含まれる微粒子はセル壁１３を通過することができず、そこにトラップされてしまう。その結果、浄化された排気ガスが下流側端面９ｂから排出される。浄化された排気ガスは、さらに第２排気管７を通過した後、最終的には大気中へと放出される。
【００５０】
ある程度微粒子が溜まってきたら、図示しないヒータをオンして集合体９を加熱し、微粒子を燃焼除去させる。この種の排気ガス浄化装置１の場合、構造上、集合体９の中心部のほうが外周部に比べて先に高温になる。即ち、フィルタコア部材２１のほうが低熱伝導部材２２に比べて先に高温になる。従って、熱は、高温側であるフィルタコア部材２１側から、低温側である低熱伝導部材２２側へと移動する。しかし、低熱伝導部材２２は断熱材１０を介してケーシング８に接しており、熱は外方にあるケーシング８側に逃げようとする。本実施形態では、低熱伝導部材２２を配置したことにより、集合体９の外周部が中心部に比べて熱伝導しにくい状態になっている。よって、集合体９の外周部における断熱効果が高くなり、集合体９の外周面からケーシング８側に熱が逃げにくくなる結果、集合体９内の温度差が解消される。以上のことから、集合体９の再生が確実に行われる。
【００５１】
次に、本実施形態を具体化した実施例及び比較例を紹介する。
【００５２】
【実施例及び比較例】
（実施例の作製）
（１）α型炭化珪素粉末５１．５重量％とβ型炭化珪素粉末２２重量％とを湿式混合し、得られた混合物に有機バインダ（メチルセルロース）と水とをそれぞれ６．５重量％、２０重量％ずつ加えて混練した。次に、前記混練物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練したものを押出成形することにより、ハニカム状の生成形体を得た。次に、この生成形体をマイクロ波乾燥機を用いて乾燥した後、成形体の貫通孔１２を多孔質炭化珪素焼結体製の封止用ペーストによって封止した。次いで、再び乾燥機を用いて封止用ペーストを乾燥させた。端面封止工程に続いて、この乾燥体を４００℃で脱脂した後、さらにそれを常圧のアルゴン雰囲気下において仮焼成した後、２２００℃で約３時間本焼成した。その結果、四角柱状の多孔質炭化珪素製ハニカムフィルタＦ１（３３ｍｍ×３３ｍｍ×１６７ｍｍ）を得た。上記ハニカムフィルタＦ１の熱伝導率は７３Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ），３０Ｗ／ｍ・Ｋ（５００℃）、ビッカース硬さは２０００ｋｇ／ｍｍ2、３点曲げ強度は５０ＭＰａ、ヤング率は４８ＧＰａであった。
【００５３】
そして、セラミックファイバ２３．３重量％、平均粒径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重量％、無機バインダとしてのシリカゾル（ゾルのＳｉＯ2の換算量は３０％）７重量％、有機バインダとしてのカルボキシメチルセルロース０．５重量％及び水３９重量％を混合・混練した。なお、セラミックファイバとは、ショット含有率３％、繊維長さ１０μｍ〜３０００μｍのアルミナシリケートセラミックファイバである。この混練物を適当な粘度に調整することにより、シール材層用ペースト１８を作製した。このようなシール材層用ペースト１８をハニカムフィルタＦ１の外周面に均一に塗布した後、ハニカムフィルタＦ１の外周面同士を互いに密着させた。この状態で５０℃〜１００℃×１時間の乾燥を行ってセラミック質シール材層１５を硬化させ、各ハニカムフィルタＦ１を一体化することにより、所望のフィルタコア部材２１を得た。
【００５４】
（２）カオリン（１５重量％）、アルミナ（２３重量％）、タルク（３８重量％）からなる原料を粉砕して粒度調整した後、この混合物に有機バインダ（９重量％）及び水（１５重量％）を配合し、よく混練した。次に、前記混練物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練したものを押出成形することにより、ハニカム状の生成形体を得た。次に、この生成形体をマイクロ波乾燥機を用いて乾燥した後、成形体の貫通孔１２を多孔質コーディエライト製の封止用ペーストによって封止した。次いで、再び乾燥機を用いて封止用ペーストを乾燥させた。端面封止工程に続いて、この乾燥体を従来公知の条件により脱脂、仮焼成、本焼成した。その結果、四角柱状の多孔質コーディエライト製の柱状部材２２ａ（３３ｍｍ×３３ｍｍ×１６７ｍｍ）を得た。上記柱状部材２２ａの熱伝導率は２Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ），１Ｗ／ｍ・Ｋ（７００℃）、ビッカース硬さは１２００ｋｇ／ｍｍ2、３点曲げ強度は２．８ＭＰａ、ヤング率は３０ＧＰａであった。
【００５５】
（３）次に、１２個の柱状部材２２ａの外周面に上記シール材層用ペースト１８を塗布するとともに、それらをフィルタコア部材２１の外側に配置し、この状態で各柱状部材２２ａの外周面をフィルタコア部材２１の外周面に接着した。同様に、このとき各柱状部材２２ａの外周面同士も接着した。この状態で５０℃〜１００℃×１時間の乾燥を行ってセラミック質シール材層１５を硬化させ、フィルタコア部材２１と柱状部材２２ａとからなるフィルタ接着構造物Ｍを得た。
（外形カット工程）
続く外形カット工程では、接着工程を経て得られた断面正方形状のフィルタ接着構造物Ｍを研削し、全体として断面円形状のフィルタ接着構造物Ｍを作製した。その後、露出した外周面全体に前記シール材層用ペースト１８を均一に塗布した。そして、５０℃〜１５０℃×１時間の条件で乾燥・硬化することにより厚さ１．０ｍｍの外周コート層１６を形成し、最終的に実施例のセラミックフィルタ集合体９（直径１３５ｍｍ×長さ１６７ｍｍ）を完成させた。なお、研削加工はダイヤモンドカッターを用いて行った。
（比較例の作製）
比較例では、基本的に実施例の作製条件に従って、同じ形状かつ同じ大きさのセラミックフィルタ集合体９を完成させた。ただし、１６個とも多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタＦ１を用いた。
（評価試験の方法及び結果）
集合体９の中心部（図２にてＰ１で示される位置）及び外周部（図２にてＰ２，Ｐ３で示される位置）の３ヶ所に熱電対を埋め込んだ。この後、集合体９の周囲に断熱材１０を巻き付けたものを、ケーシング８内に収容した。この状態で実際に排気ガスを供給した。さらに、所定時間経過後にヒータを加熱して再生を行うとともに、前記熱電対によって再生時の最高到達温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ（℃）をそれぞれ測定した。それらの最大温度差（ΔＴ（℃））を求めた。
【００５６】
その結果、実施例では、最大温度差ΔＴはせいぜい５０℃程度であってそれほど大きい値にはならず、熱衝撃による集合体９の破損も認められなかった。また、再生終了後に集合体９を取り外して集合体９を軸線方向に沿って切断し、切断面の肉眼観察を行ったところ、中心部にも外周部にもススの燃え残りは認められなかった。ゆえに、実施例では効率のよい再生が行われていたことが実証された。
【００５７】
これに対して比較例では、温度差ΔＴが１００℃であって実施例に比べてかなり大きい値となった。ゆえに、熱衝撃により集合体９が破損しやすい状態にあることが示唆された。また、再生終了後に集合体９の切断面を肉眼観察したところ、外周部にススの燃え残りが認められた。ゆえに、比較例では効率のよい再生が行われていなかったことが実証された。
【００５８】
また、実施例のほうがススの燃焼速度が速くなる傾向が認められ、それゆえ再生に要する時間も実施例のほうが短かった。
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
【００５９】
（１）本実施形態では、上記のごとく低熱伝導部材２２を配置したことにより、集合体９の外周部における断熱効果が高くなり、集合体９の外周面からケーシング８側に熱が逃げにくくなる。その結果、集合体９の外周部の温度が上がりやすくなり、集合体９の中心部との温度差が小さくなる。つまり、集合体９が均一に加熱されることにより、内部に大きな応力が発生しにくくなり、熱衝撃による集合体９の破損を防止することができる。また、集合体９の均一な加熱が達成できる結果、集合体９の外周部におけるススの燃え残りが解消され、再生効率も確実に向上する。
【００６０】
（２）このセラミックフィルタ集合体９では、低熱伝導部材２２としてセラミック多孔質体が用いられている。多孔質体は比表面積が大きく、それ自身がフィルタの一部として機能するという利点がある。このため、フィルタコア部材２１の大型化を伴わなくても所定の濾過能力を維持することができる。また、セラミック材料は一般的に熱に強く排気ガスの温度にも十分耐え得るので、長時間使用したとしても集合体９の耐熱性が損なわれるようなことはない。
【００６１】
（３）この集合体９における低熱伝導部材２２は、軸線方向に沿って延びる多数のセルの端部が交互に封止されたハニカム構造体である。従って、これを用いて集合体９を構成することにより、集合体９の濾過能力を高いレベルに確実に維持することができる。しかも、圧力損失の増大を回避することができる。
【００６２】
（４）この集合体９における低熱伝導部材２２は、多孔質コーディエライト製である。多孔質コーディエライトは、炭化珪素を主成分とする非酸化物系のセラミック多孔質体ほど硬質ではなく、しかも廉価である。そして、このような低熱伝導部材２２の形成材料として極めて好適なものを用いることにより、低熱伝導部材２２の低コスト化及び製造容易化を確実に達成することができる。
【００６３】
（５）この集合体９では、フィルタコア部材２１と各低熱伝導部材２２とがセラミック質シール材層１５により互いに接着されている。従って、例えば通常の樹脂系接着剤を用いて接着したような場合とな異なり、排気ガスの熱に晒されたとしても高い接着強度を維持することができる。よって、フィルタコア部材２１と各低熱伝導部材２２との界面にクラックが生じるようなこともなく、当該界面におけるシール性が悪化するといったことも防止される。
【００６４】
（６）本実施形態では、柱状部材２２ａをフィルタコア部材２１の外側に配置してセラミック質シール材層１５にて接着した後、柱状部材２２ａの一部を除去して全体の外形形状を整えることにより、集合体９を製造している。低熱伝導部材２２となる柱状部材２２ａは、相対的に硬度の低いセラミック材料からなるため、切削加工によってその一部を困難なく除去することができ、全体を所望の外形形状に整えることができる。よって、この製造方法によれば、比較的容易にかつ低コストで集合体９を製造することができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明を具体化した実施形態２を図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。ここでは実施形態１と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００６５】
実施形態１では１種の低熱伝導部材２２を用いて集合体９が構成されていたのに対し、本実施形態では熱伝導性の異なる２種の低熱伝導部材２２，２３を用いて集合体９が構成されている。
【００６６】
第１の低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体よりも熱伝導率の低いセラミック材料からなる。第１の低熱伝導部材２２は、フィルタコア部材２１の辺部外側に配置された状態でフィルタコア部材２１の外周面にセラミック質シール材層１５を介して接着されている。本実施形態では、第１の低熱伝導部材２２として、実施形態１にて記載した「低熱伝導部材２２」と同じものを８個用い、集合体９を構成している。
【００６７】
第２の低熱伝導部材２３は、第１の低熱伝導部材２２を構成するセラミック材料よりもさらに熱伝導率の低いセラミック材料からなり、具体的には０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ（ＲＴ）〜１Ｗ／ｍ・Ｋのセラミック材料からなる。また、第２の低熱伝導部材２３を構成するセラミック材料のビッカース硬さ、３点曲げ強度、ヤング率は実施形態１と同程度であることがよい。
【００６８】
第２の低熱伝導部材２３は、フィルタコア部材２１の角部外側に配置されるとともに、隣接する第１の低熱伝導部材２２の外周面に前記セラミック質シール材層１５を介して接着されている。本実施形態では、第２の低熱伝導部材２３を４個用いて集合体９が構成されている。
【００６９】
ここで、第２の低熱伝導部材２３の化学組成は、第１の低熱伝導部材２２の化学組成と異なっていてもよいほか、等しくてもよい。第１の低熱伝導部材２２及び第２の低熱伝導部材２３として同種のセラミック材料（本実施形態ではともに多孔質コーディエライト）を選択した場合に、両者の熱伝導率を異ならせる方法を以下に列挙する。例えば、第１の低熱伝導部材２２の気孔率を、第２の低熱伝導部材２３のそれよりも大きな値に設定する。第１の低熱伝導部材２２の気孔径を、第２の低熱伝導部材２３のそれよりも大きな値に設定する。第１の低熱伝導部材２２の密度を、第２の低熱伝導部材２３のそれよりも大きな値に設定する。第１の低熱伝導部材２２のセル壁を、第２の低熱伝導部材２３のそれよりも厚く設定する。
【００７０】
次にこの集合体９の製造方法を説明する。
基本的には実施形態１の手順に従ってハニカムフィルタＦ１を８個作製し、これらを上記セラミック質シール材層１５にて接着・一体化しておく。また、熱伝導率の異なる二種の柱状部材２２ａ，２３ａをそれぞれ複数個ずつ作製しておく。この場合、１つの集合体９を製造するためには、熱伝導率が相対的に大きい柱状部材２２ａが８個必要になり、熱伝導率が相対的に小さい柱状部材２３ａが４個必要になる（図５（ａ）参照）。
【００７１】
そして、各柱状部材２２ａ，２３ａの外周面に上記シール材層用ペースト１８を塗布するとともに、第１の低熱伝導部材２２となる柱状部材２２ａをフィルタコア部材２１の辺部外側に配置する。また、第２の低熱伝導部材２３となる柱状部材２３ａをフィルタコア部材２１の辺部外側に配置する。このような状態でフィルタコア部材２１、柱状部材２２ａ，２３ａの外周面を互いにセラミック質シール材層１５を介して接着し、所定の乾燥を行う。その結果、図５（ｂ）に示すようなフィルタ接着構造物Ｍを得る。さらに、このフィルタ接着構造物Ｍを外形カットして、断面円形状のセラミックフィルタ集合体９とする。
【００７２】
さて、図５（ｃ）に示す断面円形状の集合体９の場合、フィルタコア部材２１の角部外側箇所のほうがフィルタコア部材２１の辺部外側箇所に比べて通常肉薄になる。つまり、フィルタコア部材２１の角部外側箇所のほうが熱伝達経路が短くなり、そこからケーシング８側に熱が逃げやすい。本実施形態では、フィルタコア部材２１の角部外側箇所の熱伝導性が、フィルタコア部材２１の辺部外側箇所の熱伝導性よりもさらに低くなっている。従って、より確実に断熱効果を向上させることができる。それゆえ、強度及び再生効率にいっそう優れたセラミックフィルタ集合体９を実現することができる。
［第３の実施形態］
次に、本発明を具体化した実施形態３を図６（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。ここでは実施形態１と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００７３】
本実施形態では結果的に実施形態１とほぼ同様の集合体９を得るにあたり、実施形態１とは異なる製造方法を実施している。ここでは、接着工程後に外形カットを行って所望形状の低熱伝導部材２２とするのではなく、所望形状の低熱伝導部材２４，２５をあらかじめ作製したうえでその接着工程を行うことを特徴とする。本実施形態では、断面積及び断面形状の異なる２種の低熱伝導部材２４，２５を２つずつ用意している。
【００７４】
あらかじめ作製される前記低熱伝導部材２４，２５は、１つの外周面が凸状曲面になっている。この凸状曲面は、後に集合体９の外周面の一部を構成するものである。低熱伝導部材２４，２５は、フィルタコア部材２１を構成するセラミック多孔質体よりも熱伝導率の低いセラミック材料、本実施形態では多孔質コーディエライトからなる。
【００７５】
接着工程では、低熱伝導部材２４，２５における凸状曲面以外の面に上記シール材層用ペースト１８を塗布するとともに、凸状曲面を外側に向けた状態で低熱伝導部材２４，２５を配置する。このような状態でフィルタコア部材２１及び低熱伝導部材２４，２５の外周面を互いにセラミック質シール材層１５を介して接着し、所定の乾燥を行う。その結果、図６（ｂ）に示すような断面円形状のセラミックフィルタ集合体９が得られる。
【００７６】
上記のごとく、本実施形態の製造方法によれば、切削加工による外形カット工程を経ることなく所望形状のセラミックフィルタ集合体９を得ることができる。ゆえに、外形カット工程がない分だけ製造工程全体が簡略化され、比較的容易にかつ低コストで集合体９を製造することができる。また、製造時に切削屑が生じないため、周囲を汚す心配もないという利点もある。
【００７７】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・  外形カット工程によって集合体９の全体形状を断面円形状に研削加工するのみならず、例えば以下のような断面円形状以外の形状に研削加工してもよい。図７（ｃ）には、研削加工を経て断面略おにぎり状に形成された集合体９が示されている。図８（ｃ）には、研削加工を経て断面略小判状（断面略トラック状）に形成された集合体９が示されている。勿論、集合体９の断面形状は略楕円状などであっても構わない。
【００７８】
・  低熱伝導部材２２は、必ずしもフィルタコア部材２１の外側全体を完全に包囲するように配置されていなくてもよく、図８（ａ）〜（ｃ）の別例のごとく外側の一部にのみ配置されていてもよい。
【００７９】
・  フィルタコア部材２１の断面形状は、前記各実施形態のような断面矩形状のみに限定されることはなく、例えば図８（ａ）〜（ｃ）の別例のように非矩形状（例えば略十字状）であってもよい。
【００８０】
・  低熱伝導部材２２はフィルタコア部材２１の外側に１周のみ配置（即ち最外周にのみ配置）されていてもよいほか、２周以上配置されていてもよい。
・  各実施形態のようなセラミック材料製の低熱伝導部材２２に代えて、例えば金属製（特には多孔質金属製）の低熱伝導部材を採用することも可能である。
【００８１】
・  低熱伝導部材２２の材料として、無機材料からなる多孔質体のみに限定されることはなく、無機繊維の凝集物などを用いてもよい。
・  フィルタコア部材２１を構成している柱状ハニカムフィルタＦ１は断面正方形状に限定されず、例えば断面長方形状、断面六角形状等であってもよい。
【００８２】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１）  多孔質炭化珪素焼結体からなる複数の四角柱状ハニカムフィルタの外周面同士を、炭化珪素を含むセラミック質シール材層を介して結束することにより、前記各ハニカムフィルタを一体化してなるフィルタコア部材と、軸線方向に沿って延びる多数のセルの端部が交互に封止された多孔質コーディエライト製の柱状ハニカム構造体からなり、前記フィルタコア部材の外側に配置された状態で同フィルタコア部材の外周面に、炭化珪素を含むセラミック質シール材層を介して結束された複数の低熱伝導部材とを備えるセラミックフィルタ集合体。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜６に記載の発明によれば、強度及び再生効率に優れたセラミックフィルタ集合体を提供することができる。
【００８４】
特に請求項４，５に記載の発明によれば、製造容易かつ比較的安価なセラミックフィルタ集合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の排気ガス浄化装置の概略断面図。
【図２】第１実施形態の排気ガス浄化装置に用いられるセラミックフィルタ集合体の正面図。
【図３】第１実施形態のセラミックフィルタ集合体の使用状態における断面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態のセラミックフィルタ集合体の製造手順を説明するための概略図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は第２実施形態のセラミックフィルタ集合体の製造手順を説明するための概略図。
【図６】（ａ），（ｂ）は第３実施形態のセラミックフィルタ集合体の製造手順を説明するための概略図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は別例のセラミックフィルタ集合体の製造手順を説明するための概略図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は別例のセラミックフィルタ集合体の製造手順を説明するための概略図。
【符号の説明】
９…セラミックフィルタ集合体、１５…セラミック質シール材層、２１…フィルタコア部材、２２，２３，２４，２５…低熱伝導部材、２２ａ，２３ａ…柱状部材、Ｆ１…角柱状ハニカムフィルタ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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