以下、図面を参照しつつ、本発明のハニカム フィルタを説明する。
本発明のハニカムフィルタは、多数のセルが セル壁を隔てて長手方向に並設され、上記セ ルのいずれか一方の端部が封止された柱状の ハニカム焼成体が、接着材層を介して複数個 結束されたハニカムフィルタであって、
上記複数のハニカム焼成体は、最外周に位置 する外周ハニカム焼成体と、
側面の全てが他のハニカム焼成体に接する内 側ハニカム焼成体とからなり、
上記外周ハニカム焼成体の外壁は、上記内側 ハニカム焼成体の外壁より厚いことを特徴と する。
なお、本明細書において、「柱状」には、円 柱状や楕円柱状、多角柱状等の任意の柱の形 状を含む。

本発明のハニカムフィルタを構成する複数 のハニカム焼成体には、外周ハニカム焼成体 と内側ハニカム焼成体とが含まれる。さらに 、外周ハニカム焼成体には、外壁の厚さと内 部のセル壁の厚さとがそれぞれ内側ハニカム 焼成体と等しい等厚ハニカム焼成体と、内側 ハニカム焼成体より外壁の厚さが厚い壁厚ハ ニカム焼成体が含まれる。以下、本明細書に て、各ハニカム焼成体について上記それぞれ の用語で言及することがあるとともに、単に ハニカム焼成体と言及する場合には、外周ハ ニカム焼成体、等厚ハニカム焼成体、壁厚ハ ニカム焼成体及び内側ハニカム焼成体を含め た概念として言及する。このようなハニカム 焼成体の分類を表1に示す。

本発明のハニカムフィルタにおいて、上記ハ ニカムフィルタの最外周に位置する外周ハニ カム焼成体の外壁は、側面の全てが他のハニ カム焼成体に接する内側ハニカム焼成体の外 壁より厚い壁厚ハニカム焼成体である。
この態様を図面を参照しつつ説明する。図1� �、本発明のハニカムフィルタの長手方向に� �直な断面を模式的に示す正面図である。

図1に示したように、本発明のハニカムフィ� �タ1を構成するハニカム焼成体としては、最� ��周に位置する外周ハニカム焼成体7と、側面 の全てが他のハニカム焼成体に接する内側ハ ニカム焼成体4とに区別することができる。� �のようにハニカム焼成体を区別した場合、� �1に示したハニカムフィルタ1には、4個の内� �ハニカム焼成体4と、12個の外周ハニカム焼� �体7とが存在する。
なお、本明細書において、ハニカムフィルタ の内側部分とは、ハニカムフィルタ全体のう ち内側ハニカム焼成体によって占められる部 分(例えば、図1では内側ハニカム焼成体4によ り占められる部分等)をいい、ハニカムフィ� �タの外周部分とは、ハニカムフィルタ全体� �うち外周ハニカム焼成体によって占められ� �部分(例えば、図1では外周ハニカム焼成体7� �より占められる部分等)をいう。

図1に示したハニカムフィルタ1において、� ��周ハニカム焼成体7の外壁13aは、内側ハニカ ム焼成体4の外壁15aより厚くなっている。す� �わち、この場合の外周ハニカム焼成体7は、� ��発明でいう壁厚ハニカム焼成体に相当する� ��従って、説明の便宜上、図1に示した態様で は、最外周に位置するハニカム焼成体を外周 ハニカム焼成体7というとともに、壁厚ハニ� �ム焼成体7となっている。

外周ハニカム焼成体(壁厚ハニカム焼成体)の� ��壁の厚さは、上記内側ハニカム焼成体の外� ��の厚さより厚ければ特に限定されないが、� ��記壁厚ハニカム焼成体の外壁の厚さaの上記 内側ハニカム焼成体の外壁の厚さbに対する� �(セル壁の厚さの比(a/b))は、1.05~2.0であるこ� �が望ましい。
上記セル壁の厚さの比(a/b)が1.05未満であると 、排ガスの流れ方を制御してハニカムフィル タの内側部分により多くのパティキュレート を蓄積するという効果をほとんど得ることが できない。一方、上記セル壁の厚さの比が2.0 を超えると、パティキュレートを捕集するこ とができるセルの面積が小さくなって、パテ ィキュレートの捕集量(蓄積量)自体が小さく� ��り、ハニカムフィルタの排ガス浄化処理能� ��が低下するおそれがある。

壁厚ハニカム焼成体の外壁の厚さは、0.25~0.50 mmであることが望ましい。
外壁の厚さが0.25mm未満であると、より多くの パティキュレートをハニカムフィルタの内側 部分に蓄積するという効果をほとんど得るこ とができない。一方、外壁の厚さが0.50mmを超 えると、パティキュレートを捕集可能なセル の面積が小さくなって、パティキュレートの 捕集量(蓄積量)自体が小さくなり、ハニカム� ��ィルタの排ガス浄化処理能力が低下するお� ��れがある。

上記内側ハニカム焼成体の外壁の厚さは、上 記内側ハニカム焼成体の内部のセル壁の厚さ と同等か又は内部のセル壁より厚いことが望 ましい。
本発明のハニカムフィルタを構成する内側ハ ニカム焼成体において、外壁の厚さが内部の セル壁の厚さより薄いと、内側ハニカム焼成 体の強度自体が低下し、外部からの振動等の 衝撃や使用時に生じる熱衝撃等に対する耐久 性が低下するおそれがあるからである。

上記内側ハニカム焼成体において、外壁の厚 さbの内部のセル壁の厚さtに対する比(セル壁 の厚さの比(b/t))は、特に限定されないが、1.0 ~2.0であることが望ましい。
上記セル壁の厚さの比(b/t)が1.0未満であると� ��内側ハニカム焼成体自体の強度が低下する� ��それがあり、一方、上記セル壁の厚さの比( b/t)が2.0を超えると、パティキュレートを捕� �することができるセルの面積が小さくなっ� �、パティキュレートの捕集量(蓄積量)自体が 小さくなり、ハニカムフィルタの排ガス浄化 処理能力が低下するおそれがある。

内側ハニカム焼成体において、外壁の厚さは 、0.20~0.45mmであることが望ましい。
上記外壁の厚さが0.20mm未満であると、ハニカ ムフィルタの内側部分により多くのパティキ ュレートを蓄積するという効果を得ることが 困難となる。一方、上記外壁の厚さが0.45mmを 超えると、パティキュレートを捕集すること ができるセルの面積が小さくなって、パティ キュレートの捕集量(蓄積量)自体が小さくな� ��。これにより、ハニカムフィルタの排ガス� ��化処理能力が低下するおそれがある。さら� ��、上記内側ハニカム焼成体では、上記セル� ��の厚さの比(b/t)を満たし、かつ、外壁の厚� �が上記範囲であることが望ましい。本発明� �ハニカムフィルタの強度を維持しつつ、上� �した排ガスの流れ方の制御をより効率的に� �うことができ、パティキュレートの燃焼効� �のより一層の向上を図ることができるから� �ある。

本発明のハニカムフィルタにおいて、外周 ハニカム焼成体の外壁は、内側ハニカム焼成 体の外壁の厚さより厚ければよく、複数の外 周ハニカム焼成体間での外壁の厚さは、互い に同一でも異なっていてもよいが、互いに同 一の方が望ましい。

本発明のハニカムフィルタの長手方向に垂 直な断面の断面積に対して、壁厚ハニカム焼 成体の断面積の合計が占める割合は、上記外 周ハニカム焼成体の少なくとも一つが壁厚ハ ニカム焼成体であれば、特に限定されないが 、20~60%であることが望ましい。

本発明のハニカムフィルタの別の実施形態を 図2(a)及び図2(b)を参照しつつ説明する。
図2(a)は、本発明のハニカムフィルタの別の� �施形態を模式的に示す正面図であり、また� �図2(b)は、本発明のハニカムフィルタのさら� ��別の実施形態を模式的に示す正面図である� ��

図2(a)に示したハニカムフィルタ40では、内側 ハニカム焼成体44と外周ハニカム焼成体47と� �接着材層45を介して互いに結束されている。 このハニカムフィルタ40では、外周ハニカム� ��成体47として、壁厚ハニカム焼成体47aと、� �厚ハニカム焼成体47bとが存在する。ハニカ� �フィルタ40では、ハニカム焼成体が4列×4段� �組み上げられており、外周ハニカム焼成体47 が12個、内側ハニカム焼成体44が4個存在する� ��また、外周ハニカム焼成体47のうち、壁厚� �ニカム焼成体47aが8個、等厚ハニカム焼成体4 7bが4個存在することになる。
このようなハニカムフィルタ40も本発明の範� ��内にあり、本発明の効果を得ることができ� ��。

また、図2(b)に示したハニカムフィルタ60では 、ハニカム焼成体が3列×3段で組み上げられ� �おり、8個の外周ハニカム焼成体67と、1個の� ��側ハニカム焼成体64とで構成されている。� �ニカムフィルタ60では、外周ハニカム焼成体 67の全てが壁厚ハニカム焼成体となっている� ��このようなハニカムフィルタ60も本発明の� �囲内に含まれ、本発明の効果を得ることが� �きる。
また、図面に示した実施形態は本発明の一実 施形態であり、本発明は図面に示した実施形 態に限定されない。

ハニカムフィルタを構成するハニカム焼成 体の組み上げの態様は特に限定されず、上述 のように3列×3段でも4列×4段でもよく、これ� ��以外の組み上げの態様、例えば、3列×4段や 6列×6段等であってもよい。いずれの組み上� �の態様であっても、ハニカムフィルタを構� �する外周ハニカム焼成体の少なくとも一つ� �壁厚ハニカム焼成体であれば、本発明の効� �を得ることができる。

本発明のハニカム焼成体において、長手方向 に垂直な断面におけるセルの開口率は、55%以 上であることが望ましい。
上記開口率が55%未満では、ハニカムフィルタ の圧力損失が大きくなる。
より望ましい下限は、60%であり、さらに望ま しい下限は、65%である。
ここで、セルの開口率とは、ハニカム焼成体 の長手方向に垂直な断面において、セルが占 める割合のことをいう。なお、上記垂直な断 面は、封止材により目封じされていない断面 とする。

上記ハニカム焼成体は、主として多孔質セラ ミックからなり、その材料としては、例えば 、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ 素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化 ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭 化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セ ラミック、アルミナ、ジルコニア、コージェ ライト、ムライト、シリカ、チタン酸アルミ ニウム等の酸化物セラミック等を挙げること ができる。また、ハニカム焼成体は、シリコ ンと炭化ケイ素との複合体から形成されてい るものであってもよい。シリコンと炭化ケイ 素との複合体を用いる場合には、シリコンを 全体の5~45重量%となるように添加することが� ��ましい。
上記ハニカム焼成体の材料としては、耐熱性 が高く、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率 も高い炭化ケイ素質セラミックが望ましい。 なお、炭化ケイ素質セラミックとは、炭化ケ イ素が60重量%以上のものをいうものとする。

上記ハニカム焼成体の平均気孔径は特に限 定されないが、望ましい下限は1μmであり、� �ましい上限は50μmである。より望ましい下限 は5μmであり、より望ましい上限は30μmである 。平均気孔径が1μm未満であると、圧力損失� �高くなり、一方、平均気孔径が50μmを超える と、パティキュレートが気孔を通り抜けやす くなり、該パティキュレートを充分に捕集す ることができず、パティキュレートの捕集効 率が低下することがある。

上記ハニカム焼成体の気孔率は特に限定され ないが、望ましい下限は40%であり、望ましい 上限は60%である。より望ましい下限は45%であ り、より望ましい上限は55%である。40%未満で あると、ハニカムフィルタの気孔がすぐに目 詰まりを起こしてしまうことがあり、一方、 60%を超えるとハニカムフィルタの強度が低く 、容易に破壊されることがある。
なお、上記気孔率は、例えば、水銀圧入法、 アルキメデス法及び走査型電子顕微鏡(SEM)に� ��る測定等の従来公知の方法により測定する� ��とができる。

上記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面 の断面積は特に限定されないが、5~50cm ² が望ましい。
上記断面積が5cm ² 未満では、少なくともセル壁の厚さの分だけ 開口率が小さくなり、また、接着材層の厚さ の分だけ開口率が小さくなるために、フィル タ全体としての開口率が小さくなって、排ガ スの浄化性能が低下する場合があるからであ る。一方、上記断面積が50cm ² を超えると、製造時や使用時において、熱応 力によりクラック等の破損が発生し易くなる からである。

上記ハニカム焼成体のセルの端部を封止す る封止材とセル壁とは、同じ多孔質セラミッ クからなることが望ましい。これにより、両 者の密着強度を高くすることができるととも に、封止材の気孔率をセル壁と同様に調整す ることで、セル壁の熱膨張率と封止材の熱膨 張率との整合を図ることができ、製造時や使 用時の熱応力によって封止材とセル壁との間 に隙間が生じたり、封止材や封止材に接触す る部分のセル壁にクラックが発生したりする ことを防止することができる。

ハニカムフィルタにおいて、接着材層は、 ハニカム焼成体間に形成され、排ガスが漏れ 出すことを防止する機能を有するのが望まし い。一方、シール材層(コート層)は、結束さ� ��た複数のハニカム焼成体からなるセラミッ� ��ブロックの外周面に形成され、ハニカムフ� ��ルタを内燃機関の排気通路に設置した際、� ��ラミックブロックの外周面からセルを通過� ��る排ガスが漏れ出すことを防止するための� ��止材として機能する。さらに、シール材層( コート層)は、セラミックブロックの外周形� �を整えるとともに外周部を補強する補強材� �して機能するものである。

なお、ハニカムフィルタにおいて、接着材 層とコート層とは、同じ材料からなるもので あってもよく、異なる材料からなるものであ ってもよい。さらに、接着材層及びコート層 が同じ材料からなるものである場合、その材 料の配合比は同じであってもよく、異なって いてもよい。また、緻密質でも、多孔質でも よい。

接着材層及びコート層を構成する材料とし ては特に限定されず、例えば、無機バインダ と有機バインダと無機繊維及び/又は無機粒� �とからなるもの等を挙げることができる。

上記無機バインダとしては、例えば、シリ カゾル、アルミナゾル等を挙げることができ る。これらは、単独で用いてもよく、2種以� �を併用してもよい。上記無機バインダのな� �では、シリカゾルが望ましい。

上記有機バインダとしては、例えば、ポリ ビニルアルコール、メチルセルロース、エチ ルセルロース、カルボキシメチルセルロース 等を挙げることができる。これらは、単独で 用いてもよく、2種以上を併用してもよい。� �記有機バインダのなかでは、カルボキシメ� �ルセルロースが望ましい。

上記無機繊維としては、例えば、シリカ-� �ルミナセラミックファイバー、ムライトフ� �イバー、アルミナファイバー及びシリカフ� �イバー等を挙げることができる。これらは� �単独で用いてもよく、2種以上を併用しても� ��い。上記無機繊維のなかでは、アルミナフ� ��イバーが望ましい。

上記無機粒子としては、例えば、炭化物、 窒化物等を挙げることができ、具体的には、 炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素等から なる無機粉末等を挙げることができる。上記 無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化 ケイ素が望ましい。

さらに、シール材層を形成するために用いる ペーストには、必要に応じて酸化物系セラミ ックを成分とする微小中空球体であるバルー ンや、球状アクリル粒子、グラファイト等の 造孔剤を添加してもよい。
上記バルーンとしては特に限定されず、例え ば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバル ーン、シラスバルーン、フライアッシュバル ーン(FAバルーン)、ムライトバルーン等を挙� �ることができる。これらのなかでは、アル� �ナバルーンが望ましい。

また、本発明のハニカムフィルタには、触媒 が担持されていてもよい。
本発明のハニカムフィルタでは、パティキュ レートの燃焼を助ける触媒を担持させること により、パティキュレートをより容易に燃焼 除去することができる。また、CO、HC及びNOx� �の排ガス中の有害なガス成分を浄化するこ� �ができる触媒を担持させることにより、パ� �ィキュレートの燃焼によって生じた有害な� �ス成分についても触媒反応によって充分に� �化することが可能となる。

上記触媒としては特に限定されないが、例 えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金 属からなる触媒が挙げられる。また、これら の貴金属に加えて、アルカリ金属(元素周期� �1族)、アルカリ土類金属(元素周期表2族)、希 土類元素(元素周期表3族)、遷移金属元素等を 含んで担持されていてもよい。

また、上記ハニカムフィルタに上記触媒を 付着させる際には、予めその表面をアルミナ 等の触媒担持層で被覆した後に、上記触媒を 付着させることが望ましい。これにより、比 表面積を大きくして、触媒の分散度を高め、 触媒の反応部位を増やすことができる。また 、触媒担持層によって触媒金属のシンタリン グを防止することができる。

上記触媒担持層としては、例えば、アルミ ナ、チタニア、ジルコニア、シリカ等の酸化 物セラミックが挙げられる。

次に、本発明のハニカムフィルタの製造方法 を説明する。
本発明のハニカムフィルタの製造方法では、 まず、セラミックを主成分とする混合組成物 を調製し、該混合組成物を用いて押出成形を 行うことにより複数種類のハニカム成形体を 作製するハニカム成形体作製工程を行う。

上記混合組成物としては特に限定されない が、製造後のハニカムフィルタの気孔率が40~ 60%程度となるものが好ましく、例えば、セラ ミック粉末とバインダと分散媒液とを混合し たものが挙げられる。

上記セラミック粉末としては特に限定され ず、例えば、コージェライト、アルミナ、シ リカ、ムライト等の酸化物セラミック、炭化 ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭 化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セ ラミック、及び、窒化アルミニウム、窒化ケ イ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セ ラミック等の粉末を挙げることができるが、 これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的 特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化ケ イ素が好ましい。

上記セラミック粉末の粒径は特に限定され ないが、後の焼成工程で収縮の少ないものが 好ましく、例えば、1~50μmの平均粒径を有す� �粉末100重量部と0.1~1.0μmの平均粒径を有する� ��末5~65重量部とを組み合わせたものが好まし い。

上記バインダとしては特に限定されず、例え ば、メチルセルロース、カルボキシメチルセ ルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポ リエチレングリコール等を挙げることができ る。
上記バインダの配合量は特に限定されないが 、通常、上記セラミック粉末100重量部に対し て、1~10重量部が好ましい。

上記分散媒液としては特に限定されず、例 えば、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等 のアルコール、水等を挙げることができる。 上記分散媒液は、上記混合組成物の粘度が一 定範囲内となるように、適量配合される。

これらセラミック粉末、バインダ及び分散 媒液等は、アトライター等で混合し、ニーダ ー等で充分に混練することで上記混合組成物 を調製することができる。

上記混合組成物を用いて押出成形を行うこ とにより所定の断面形状を有するとともに、 複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設 された柱状成形体を作製し、この成形体を所 定の長さに切断することによりハニカム成形 体を作製する。

本工程では、形の異なる複数種類の押出成 形用の型を用いて複数種類の形状の異なるハ ニカム成形体を作製する。具体的には、上記 ハニカム成形体は、角柱の一部が切除され、 その部分に曲面が形成された形状と、角柱形 状のものとであることが好ましい。

本発明のハニカムフィルタの製造方法にお いて、ハニカム成形体作製工程において作製 するハニカム成形体は、目的するハニカムフ ィルタの形状、大きさ(断面の直径)等を考慮� ��て適宜決定される。また、このようなハニ� ��ム成形体を作製するには、押出成形に用い� ��金型として目的とする断面形状を有する金� ��を用いてセラミック原料を押出成形するこ� ��により、所望の形状を有するハニカム成形� ��を作製することができる。

次に、上記ハニカム成形体を、マイクロ波乾 燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機 、真空乾燥機及び凍結乾燥機等を用いて乾燥 させた後、所定のセルに封止材ペーストを充 填し、上記セルに目封じする封止工程を行う 。
なお、この乾燥後のハニカム成形体には、少 量の分散媒液が含まれていてもよい。

次に、上記封止材ペーストが充填された乾 燥後のハニカム成形体を150~700℃に加熱して� �上記乾燥後のハニカム成形体に含まれるバ� �ンダを除去し、脱脂したハニカム成形体と� �る脱脂処理を施す。

そして、上記脱脂したハニカム成形体を窒 素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、2000~2 200℃に加熱することで焼成し、セラミック粉 末を焼結させてハニカム焼成体を製造する焼 成工程を行う。

本発明のハニカムフィルタの製造方法では 、上記焼成工程により所定の断面形状を有す る複数種類のハニカム焼成体を製造する。

次に、上記製造した複数種類のハニカム焼 成体を接着材ペーストを介して組み合わせ、 円柱形状、楕円柱形状又はこれらに近似した 形状のセラミックブロックを作製するセラミ ックブロック作製工程を行う。

このセラミックブロック作製工程においては 、例えば、刷毛、スキージ、ロール等を用い て、ハニカム焼成体の側面に接着材ペースト を塗布し、所定の厚さの接着材ペースト層を 形成する。
そして、この接着材ペースト層を形成してか ら、他のハニカム焼成体を順次接着する工程 を繰り返して行い、所定の大きさ及び形状の ハニカム焼成体の集合体を作製する。

次に、このようにして作製したハニカム焼 成体の集合体を、例えば、50~150℃、1時間の� �件で加熱して接着材ペースト層を乾燥、硬� �させることで、セラミックブロックを作製� �る。

本発明のハニカムフィルタの製造方法では 、上記セラミックブロックを作製した後、更 にセラミックブロックの外周部にコート材ペ ーストを引き延ばし、コート材ペースト層を 形成し、この後、例えば、120℃以上の温度で 乾燥させることにより、水分を蒸発させるこ とで、セラミックブロックの外周部にシール 材層(コート層)を形成してもよい。