JP7094193B2 - ハニカムフィルタ - Google Patents
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Description
前記セルにおける前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部を封止するように配置された目封止部と、を備え、
前記流出端面側の端部に前記目封止部が配設され、前記流入端面側が開口した前記セルを、流入セルとし、
前記流入端面側の端部に前記目封止部が配設され、前記流出端面側が開口した前記セルを、流出セルとし、
前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルと前記流出セルとが一の方向に前記隔壁を挟んで交互に配置されたセル列を少なくとも含み、
前記流入セルと前記流出セルとを仕切る部位における前記隔壁を構成する多孔質体の気孔率の値を、気孔率Aとし、
前記隔壁の前記セル相互間を仕切る部位同士が交差する交点部のうち、2つの前記流入セル間の交点部における前記隔壁を構成する多孔質体の気孔率の値を、気孔率Bとし、
前記気孔率Aを前記気孔率Bで除算した値であるA/Bが、0.50~0.95である、ハニカムフィルタ。
図1~図4に示すように、本発明のハニカムフィルタの第一実施形態は、多孔質の隔壁1を有するハニカム構造部4と、ハニカム構造部4に形成されたセル2のいずれか一方の端部に配設された目封止部5と、を備えたハニカムフィルタ100である。ここで、図1は、本発明のハニカムフィルタの第一実施形態を模式的に示す流入端面側から見た斜視図である。図2は、図1に示すハニカムフィルタの流入端面を模式的に示す平面図である。図3は、図2に示すハニカムフィルタの流入端面の一部を拡大した拡大平面図である。図4は、図2のA-A’断面を模式的に示す、断面図である。
次に、本発明のハニカムフィルタの第二実施形態~第六実施形態について、図5~図10を参照しつつ説明する。ここで、図5は、本発明のハニカムフィルタの第二実施形態を模式的に示す、流入端面の一部を拡大した拡大平面図である。図6は、本発明のハニカムフィルタの第三実施形態を模式的に示す、流入端面の一部を拡大した拡大平面図である。図7は、本発明のハニカムフィルタの第二実施形態を模式的に示す、流入端面の一部を示す平面図である。図8は、本発明のハニカムフィルタの第四実施形態を模式的に示す、流入端面の一部を示す平面図である。図9は、本発明のハニカムフィルタの第五実施形態を模式的に示す流入端面側から見た斜視図である。図10は、本発明のハニカムフィルタの第六実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。
次に、本発明のハニカムフィルタを製造する方法について説明する。本発明のハニカムフィルタの製造方法としては、ハニカム成形体を作製する工程、セルの開口部に目封止部を形成する工程、ハニカム成形体を乾燥及び焼成する工程、を備えたものを挙げることができる。
成形工程は、成形原料を混練して得られる坏土をハニカム形状に押出成形してハニカム成形体を得る工程である。ハニカム成形体は、第一端面から第二端面まで延びるセルを区画形成する隔壁、及びこの隔壁の最外周を囲繞するように形成された外周壁を有するものである。隔壁によって構成されたハニカム構造の部分が、ハニカム構造部となる。成形工程においては、まず、成形原料を混練して坏土とする。次に、得られた坏土を押出成形して、隔壁と外周壁とが一体的に成形されたハニカム成形体を得る。
目封止工程は、セルの開口部を目封止することで目封止部を形成する工程である。例えば、目封止工程においては、ハニカム成形体の製造に用いた材料と同様の材料で、セルの開口部を目封止することで目封止部を形成する。目封止部を形成する方法については、従来公知のハニカムフィルタの製造方法に準じて行うことができる。
焼成工程は、目封止部を形成したハニカム成形体を焼成して、ハニカムフィルタを得る工程である。目封止部を形成したハニカム成形体を焼成する前に、得られたハニカム成形体を、例えば、マイクロ波及び熱風で乾燥してもよい。また、例えば、目封止部を形成する前のハニカム成形体に対して、先に、焼成工程を行って、焼成工程によって得られたハニカム焼成体に対して、上述した目封止工程を行ってもよい。
コージェライト化原料100質量部に、造孔材を0.5質量部、分散媒を33質量部、有機バインダを5.6質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。分散媒としては水を使用し、造孔材としては平均粒子径10~50μmの吸水性ポリマーを使用し、有機バインダとしてはメチルセルロース(Methylcellulose)を使用し、分散剤としてはデキストリン(Dextrin)を使用した。
まず、ハニカムフィルタから、気孔率A及び気孔率Bの測定を行ための試料片を切り出した。試料片の切り出し箇所については、ハニカムフィルタの流入端面側及び流出端面側のそれぞれにおいて、各5箇所ずつ、合計10箇所とした。それぞれの端面における切り出し箇所は、それぞれの端面の中心位置(1箇所目)と、この中心位置を通過し互いに直交するX軸及びY軸上の、中心位置とハニカムフィルタの外周縁との中間点である4点(2~5箇所目)とした。気孔率Aを測定するための試料片は、上述した10箇所のそれぞれにおいて、流入セルと流出セルとを仕切る隔壁の中央部分の隔壁を含むようにして切り出した。気孔率Aを測定するための試料片は、一辺の長さを、上述した中央部分の隔壁の厚さとし、もう一辺の長さを、各端面における隔壁の延びる方向に100μmとし、更にもう一辺の長さを、セルの延びる方向に20mmとした。気孔率Bを測定するための試料片は、上述した10箇所のそれぞれにおいて、隔壁の交点部の中心部を含むように切り出した。気孔率Bを測定するための試料片は、隔壁の交点部の中心部を中心とした一辺の長さが100μmの正方形を端面とし、軸方向の長さをセルの延びる方向に20mmとした。次に、作製した試料片を、エポキシ樹脂に埋設して固めた後、その表面について研磨を行った。そして、各試料片を全長方向に5mm切り出し、その切断面をSEMにて観察して、SEM画像を取得した。走査型電子顕微鏡は、日立ハイテクノロジー社製の「型番:S3200-N」を用いた。気孔率Aの測定に際しては、10個の試料片の各観察面における隔壁の中央部分について、100倍に拡大したSEM画像を取得した。また、気孔率Bの測定に際しては、上記した10個の試料片の各観察面における隔壁の交点部について、100倍に拡大したSEM画像を取得した。その後、画像解析ソフトを用いて、各画像について、「隔壁の面積S1」と「細孔部分(空隙部分)の面積S2」とを算出し、「計算式(1):S2/(S1+S2)」により、各画像に撮像された隔壁の気孔率を算出した。S1及びS2の値は、各10箇所の気孔率の平均値を用いた。
セル構造、断面形状、外周壁の形成方法、並びに隔壁の気孔率A及び気孔率Bを、表1及び表2に示すように変更し、実施例2~30のハニカムフィルタを作製した。実施例3,4,7,8,15~18,23,24,29,30については、セルの形状を、図5に示すような形状とした。即ち、上述した実施例については、流入セルの形状を八角形とし、流出セルの形状を四角形とした。また、実施例7,8については、ハニカムフィルタの断面形状を、図10に示すような楕円形とした。また、実施例13,14,17,18については、外周コート材による外周壁の形成を行わず、押出成形によって得られたハニカム成形体の外周部分を外周壁として用いた。
耐熱衝撃性の評価として、ハニカムフィルタに以下に記載する試験を行い、試験後のハニカムフィルタにおけるクラックの発生の有無により、ハニカムフィルタのロバスト性を評価するものとした。具体的には、まず、各実施例及び比較例のハニカムフィルタの内部に、2~12g/Lのススを堆積させた。ススの堆積については、2.2Lディーゼルエンジンを搭載するエンジンベンチにて行った。エンジンベンチの運転条件については、エンジン回転数を2000rpmとし、エンジントルクを60Nmとした。その後、ポストインジェクションによる再生処理を行い、ハニカムフィルタの入口ガス温度を上昇させ、ハニカムフィルタの前後での圧力損失が低下し始めたところでポストインジェクションを切り、エンジンをアイドル状態に切り替えた。このときのススの堆積量は、実施例の各水準において、流出端面の中央部における最高温度が1000℃となるようにし、実施例と比較例の同じ番号で、ススの堆積量が同一となる条件で試験を実施した。そして、ハニカムフィルタの「流入セルと流出セルとを仕切る部位の隔壁」及び「交点部」のそれぞれについて、クラックの有無を目視にて観察した。クラックの有無の確認については、上述した試験において、最も温度が高くなる流出端面の全箇所について確認を行った。そして、以下の評価基準に基づき、耐熱衝撃性の評価を行った。結果を表3に示す。
評価A:クラックが確認されない。
評価B:クラックが1カ所有り。
評価C:クラックが2カ所以上で連続して有り。
評価A:スス漏れが無く、且つクラックが1カ所以下。
評価B:スス漏れが無いが、クラックが2カ所以上で連続して有り。
評価C:スス漏れが有り。
セル構造、断面形状、外周壁の形成方法、並びに隔壁の気孔率A及び気孔率Bを、表4及び表5に示すように変更し、比較例1~30のハニカムフィルタを作製した。比較例1~30のハニカムフィルタについても、実施例1と同様の方法で、「耐熱衝撃性(ロバスト性)」についての評価を行った。結果を表6に示す。
実施例1~30のハニカムフィルタは、耐熱衝撃性の総合判定において、合格基準を満たす「評価A」の結果を得ることができた。特に、実施例1~30のハニカムフィルタは、「流入セルと流出セルとを仕切る部位(別言すれば、隔壁の実質的な壁部分)」において、クラックが全く確認されなかった。なお、「流入セル間の交点部」については、クラックが1カ所で確認されたが、このクラックはスス漏れに対して影響を受けないものであるため、このようなクラックが発生したとしても、ハニカムフィルタの性能については影響が無いものと考えられる。したがって、実施例1~30のハニカムフィルタは、スス等の粒子状物質の漏れ出しを有効に抑制することが可能なものであった。
Claims (7)
- 流入端面から流出端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを取り囲むように配設された多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、
前記セルにおける前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部を封止するように配置された目封止部と、を備え、
前記流出端面側の端部に前記目封止部が配設され、前記流入端面側が開口した前記セルを、流入セルとし、
前記流入端面側の端部に前記目封止部が配設され、前記流出端面側が開口した前記セルを、流出セルとし、
前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルと前記流出セルとが一の方向に前記隔壁を挟んで交互に配置されたセル列を少なくとも含み、
前記流入セルと前記流出セルとを仕切る部位における前記隔壁を構成する多孔質体の気孔率の値を、気孔率Aとし、
前記隔壁の前記セル相互間を仕切る部位同士が交差する交点部のうち、2つの前記流入セル間の交点部における前記隔壁を構成する多孔質体の気孔率の値を、気孔率Bとし、
前記気孔率Aを前記気孔率Bで除算した値であるA/Bが、0.50~0.95である、ハニカムフィルタ。 - 前記気孔率Aが、15~70%である、請求項1に記載のハニカムフィルタ。
- 前記気孔率Aと前記気孔率Bの相加平均が、25~80%である、請求項1又は2に記載のハニカムフィルタ。
- 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面における前記流入セルの形状が、四角形、六角形、又は八角形である、請求項1~3のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面における前記流出セルの形状が、四角形、又は六角形である、請求項4に記載のハニカムフィルタ。
- 1つの前記流入セルの開口面積S1が、1つの前記流出セルの開口面積S2よりも大である、請求項1~5のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記隔壁の厚さが、100~450μmである、請求項1~6のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
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