JP6948273B2 - Honeycomb filter - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質(パティキュレートマター(以下、「PM」という場合がある。))等を除去するためのハニカムフィルタに関する。 The present invention relates to a honeycomb filter for removing particulate matter (particulate matter (hereinafter, may be referred to as “PM”)) or the like in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine.
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガスには、環境汚染の原因となるような炭素を主成分とするスス等のPMが多量に含まれている。そのため、ディーゼルエンジン等の排気系には、PMを除去(捕集)するためのフィルタが搭載されることが一般的である。 Exhaust gas emitted from an internal combustion engine such as a diesel engine contains a large amount of PM such as soot containing carbon as a main component, which causes environmental pollution. Therefore, the exhaust system of a diesel engine or the like is generally equipped with a filter for removing (collecting) PM.
このような目的で使用されるフィルタとして、セラミック材料等からなるハニカムフィルタが広く使用されている。通常、ハニカムフィルタは、ハニカム構造部と目封止部とから構成される。ハニカム構造部は、流体が流入する側の端面である流入端面から流体が流出する側の端面である流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有する。このハニカム構造部の何れかの端面において、各セルの一方の端部を目封止する目封止部を配設することにより、ハニカムフィルタが得られる(例えば、特許文献1,2参照)。
As a filter used for such a purpose, a honeycomb filter made of a ceramic material or the like is widely used. Usually, the honeycomb filter is composed of a honeycomb structure portion and a sealing portion. The honeycomb structure has a porous partition wall that partitions a plurality of cells extending from the inflow end face, which is the end face on the side where the fluid flows in, to the outflow end face, which is the end face on the side where the fluid flows out. A honeycomb filter can be obtained by disposing a mesh sealing portion that seals one end of each cell on any end surface of the honeycomb structure portion (see, for example,
このようなハニカムフィルタを排ガスに含まれるPMの除去に用いると、排ガスは、ハニカムフィルタの流入端面から、流出端面において端部が目封止されたセル内に流入する。その後、排ガスは、多孔質の隔壁を透過して、流入端面において端部が目封止されたセル内に移動する。そして、排ガスが、多孔質の隔壁を透過する際に、この隔壁が濾過層となり、排ガス中のPMが隔壁に捕捉されて隔壁上に堆積する。こうして、PMが除去された排ガスは、その後、流出端面から外部に流出する。 When such a honeycomb filter is used for removing PM contained in the exhaust gas, the exhaust gas flows from the inflow end face of the honeycomb filter into a cell whose end is sealed at the outflow end face. The exhaust gas then passes through the porous partition and moves into the cell whose ends are sealed at the inflow end face. Then, when the exhaust gas permeates the porous partition wall, the partition wall becomes a filtration layer, and PM in the exhaust gas is captured by the partition wall and deposited on the partition wall. The exhaust gas from which PM has been removed in this way then flows out from the outflow end face.
ところで、ハニカムフィルタを長期間継続して使用するためには、定期的にフィルタに再生処理を施す必要がある。即ち、ハニカムフィルタの隔壁上に経時的に堆積したPMによって増大した圧力損失を低減させてフィルタ性能を初期状態に戻すため、隔壁上に堆積したPMを燃焼させて除去する必要がある。 By the way, in order to use the honeycomb filter continuously for a long period of time, it is necessary to periodically regenerate the filter. That is, in order to reduce the pressure loss increased by the PM accumulated over time on the partition wall of the honeycomb filter and return the filter performance to the initial state, it is necessary to burn and remove the PM accumulated on the partition wall.
再生時のハニカムフィルタの温度は、通常は800〜900℃程度である。しかし、前回の再生時におけるPMの燃焼が不十分でフィルタ内にPMが過剰に堆積している場合には、ハニカムフィルタの温度が、その耐熱限界温度である1300℃前後まで上昇し、ハニカムフィルタにクラックが発生することが有る。 The temperature of the honeycomb filter during regeneration is usually about 800 to 900 ° C. However, if PM combustion is insufficient during the previous regeneration and PM is excessively deposited in the filter, the temperature of the honeycomb filter rises to around 1300 ° C., which is the heat resistance limit temperature, and the honeycomb filter Cracks may occur in the honeycomb.
このようなクラックが発生したハニカムフィルタをそのまま使い続けると、そのクラックからPMが漏れ出し、環境を汚染することになるため、クラックの発生を検知できるようにする技術が求められている。 If the honeycomb filter in which such cracks are generated is continued to be used as it is, PM leaks from the cracks and pollutes the environment. Therefore, a technique capable of detecting the occurrence of cracks is required.
ハニカムフィルタのクラックを検知するための技術としては、ハニカムフィルタの下流側に、ハニカムフィルタのクラックから漏れ出したPMを検知できる装置を配置することが考えられる。従来、PMを検知できる装置として、PMの粒子数(PN:Particle Number)を測定するPN測定装置や、PMの重量を測定するPMセンサが知られている。 As a technique for detecting cracks in the honeycomb filter, it is conceivable to arrange a device capable of detecting PM leaked from the cracks in the honeycomb filter on the downstream side of the honeycomb filter. Conventionally, as a device capable of detecting PM, a PN measuring device for measuring the number of PM particles (PN: Particle Number) and a PM sensor for measuring the weight of PM are known.
しかしながら、PN測定装置は、非常に高価であることに加え、市販の車両に搭載することが困難なほど大型であるため、これを用いてクラックの発生を検知することは現実的ではない。また、PMセンサは、ハニカムフィルタに生じたクラックが微細なものである場合は、そのクラックの発生を検知することが困難である。即ち、微細なクラックから漏れ出すことができるPMは、粒径が小さく極めて軽量であるため、一般的なPMセンサの感度では、クラックから漏れ出したPMによる重量の増加を検知できない。 However, since the PN measuring device is very expensive and large enough to be difficult to be mounted on a commercially available vehicle, it is not realistic to detect the occurrence of cracks by using the PN measuring device. Further, when the cracks generated in the honeycomb filter are fine, it is difficult for the PM sensor to detect the occurrence of the cracks. That is, since PM that can leak from a fine crack has a small particle size and is extremely lightweight, the sensitivity of a general PM sensor cannot detect an increase in weight due to PM that leaks from the crack.
また、ハニカムフィルタの圧力損失の変化によって、ハニカムフィルタのクラックを検知することも考えられるが、上記のようにハニカムフィルタに生じたクラックが微細なものである場合は、圧力損失の変化が小さ過ぎて、クラックの発生を検知することは困難である。 It is also possible to detect cracks in the honeycomb filter by changing the pressure loss of the honeycomb filter, but if the cracks generated in the honeycomb filter are fine as described above, the change in pressure loss is too small. Therefore, it is difficult to detect the occurrence of cracks.
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、ハニカムフィルタの再生時において、過剰な昇温によりクラックが発生した場合に、そのクラックの発生を安価かつ容易に検知可能なハニカムフィルタを提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional circumstances. That is, the present invention is to provide a honeycomb filter capable of inexpensively and easily detecting the occurrence of cracks when cracks are generated due to excessive temperature rise during regeneration of the honeycomb filter.
上記目的を達成するため、本発明によれば、以下のハニカムフィルタが提供される。 In order to achieve the above object, the following honeycomb filter is provided according to the present invention.
[1] 複数個のハニカムセグメントから構成されたハニカムフィルタであって、
前記ハニカムセグメントは、流体が流入する側の端面である流入端面から流体が流出する側の端面である流出端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、複数の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何れか一方の端部に配設された目封止部と、を備えたものであり、
前記ハニカムフィルタは、複数個のハニカムセグメントが、前記セルの延びる方向と垂直の方向において組み合わせられ、接合一体化したものであり、
前記ハニカム構造部は、炭化珪素からなる骨材と、前記骨材同士を結合する結合材とから構成されており、
前記ハニカムフィルタの前記セルの延びる方向に直交する断面において、当該断面の重心を中心とする直径3.6cmの円内に少なくともその一部が含まれる前記ハニカムセグメントを内側セグメントとし、それ以外の前記ハニカムセグメントを外側セグメントとし、
前記外側セグメントの内の少なくとも1つは、前記隔壁の表面に、厚さ0.3μm以下の保護層を有するか、保護層を有さない低耐熱性セグメントであり、
前記内側セグメント及び前記外側セグメントの内、前記低耐熱性セグメント以外のものは、前記隔壁の表面に厚さ0.5〜7.3μmの保護層を有する高耐熱性セグメントであり、
前記保護層は、40質量%以上の珪素と40質量%以上の酸素とを含む層であり、
前記ハニカムフィルタの前記セルの延びる方向に直交する断面における全ての前記ハニカムセグメントの断面積に対する前記低耐熱性セグメントの断面積の比率が、16〜76%であるハニカムフィルタ。
[1] A honeycomb filter composed of a plurality of honeycomb segments.
The honeycomb segment is a honeycomb having a porous partition wall that partitions a plurality of cells serving as a flow path of the fluid extending from the inflow end face, which is the end face on the fluid inflow side, to the outflow end face, which is the end face on the fluid outflow side. It is provided with a structural portion and a mesh sealing portion disposed at either end of the inflow end face side or the outflow end face side of the plurality of cells.
The honeycomb filter is formed by combining a plurality of honeycomb segments in a direction perpendicular to the extending direction of the cell and joining and integrating them.
The honeycomb structure is composed of an aggregate made of silicon carbide and a binder that binds the aggregates together.
In a cross section orthogonal to the extending direction of the cell of the honeycomb filter, the honeycomb segment having at least a part thereof in a circle having a diameter of 3.6 cm centered on the center of gravity of the cross section is defined as an inner segment, and the other said. The honeycomb segment is the outer segment
At least one of the outer segments is a low heat resistant segment having a protective layer having a thickness of 0.3 μm or less or having no protective layer on the surface of the partition wall.
Among the inner segment and the outer segment, those other than the low heat resistant segment are high heat resistant segments having a protective layer having a thickness of 0.5 to 7.3 μm on the surface of the partition wall.
The protective layer is a layer containing 40% by mass or more of silicon and 40% by mass or more of oxygen.
A honeycomb filter in which the ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments in the cross section orthogonal to the extending direction of the cell of the honeycomb filter is 16 to 76%.
[2] 前記高耐熱性セグメントの前記保護層の厚さが、1.0〜6.0μmである[1]に記載のハニカムフィルタ。 [2] The honeycomb filter according to [1], wherein the protective layer of the highly heat-resistant segment has a thickness of 1.0 to 6.0 μm.
[3] 前記ハニカムフィルタの前記セルの延びる方向に直交する断面における全ての前記ハニカムセグメントの断面積に対する前記低耐熱性セグメントの断面積の比率が、32〜66%である[1]又は[2]に記載のハニカムフィルタ。 [3] The ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments in the cross-section orthogonal to the extending direction of the cell of the honeycomb filter is 32 to 66% [1] or [2]. ] The honeycomb filter described in.
[4] 前記結合材が、珪素又はコージェライトを含むものである[1]〜[3]の何れかに記載のハニカムフィルタ。 [4] The honeycomb filter according to any one of [1] to [3], wherein the binder contains silicon or cordierite.
[5] 前記ハニカム構造部に触媒が担持された[1]〜[4]の何れかに記載のハニカムフィルタ。 [5] The honeycomb filter according to any one of [1] to [4], wherein a catalyst is supported on the honeycomb structure.
本発明のハニカムフィルタは、フィルタ内の最高温度が、クラックが発生するレベルの温度となった時に、ハニカムフィルタを構成する一部のハニカムセグメントがアクティブ酸化によりファイバー化して、変形する。そして、この変形により、ハニカムフィルタには、比較的粒径が大きく重量の重いPMでも通過できるような大きなクラックが発生する。このため、本発明のハニカムフィルタにおいては、クラックから漏れ出したPMのPMセンサによる検知や、変形による圧力損失の変化の検知が容易であり、高価で大型なPN測定装置を使用しなくても、クラックの発生を容易に検知することができる。 In the honeycomb filter of the present invention, when the maximum temperature in the filter reaches a temperature at which cracks occur, some of the honeycomb segments constituting the honeycomb filter are fiberized by active oxidation and deformed. Then, due to this deformation, large cracks are generated in the honeycomb filter so that even PM having a relatively large particle size and a heavy weight can pass through. Therefore, in the honeycomb filter of the present invention, it is easy to detect the PM leaked from the crack by the PM sensor and the change in the pressure loss due to the deformation, and it is not necessary to use an expensive and large PN measuring device. , The occurrence of cracks can be easily detected.
以下、本発明を具体的な実施形態に基づき説明するが、本発明は、それらの実施形態に限定されて解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等を加え得るものである。 Hereinafter, the present invention will be described based on specific embodiments, but the present invention will not be construed as being limited to those embodiments, and will be ordinary to those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Based on the knowledge, the design can be changed or improved as appropriate.
(1)ハニカムフィルタ:
図1は、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態を模式的に示す斜視図である。本発明のハニカムフィルタの一の実施形態であるハニカムフィルタ100は、複数個のハニカムセグメント7から構成される。ハニカムセグメント7は、ハニカム構造部4と目封止部3とを備える。ハニカム構造部4は、排ガス等の流体が流入する側の端面である流入端面11から流体が流出する側の端面である流出端面12まで延びる流体の流路となる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁1を有する。目封止部3は、複数のセル2における流入端面11側又は流出端面12側の何れか一方の端部に配設されている。ハニカムフィルタ100が、複数個のハニカムセグメント7が、セル2の延びる方向と垂直の方向において組み合わせられ、接合材8を介して接合一体化することによって構成されている。
(1) Honeycomb filter:
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of the honeycomb filter of the present invention. The
ハニカムフィルタ100を構成する複数個のハニカムセグメント7は、その一部が内側セグメント7aであり、残りの一部が外側セグメント7bである。図2及び図3は、ハニカムフィルタ100のセルの延びる方向に直交する断面において、内側セグメント7aと外側セグメント7bとを示す説明図である。尚、これらの図においては、ハニカムセグメント7の隔壁や目封止部の描画は省略されている。
A part of the plurality of
本発明においては、図2及び図3に示すように、ハニカムフィルタ100のセルの延びる方向に直交する断面において、当該断面の重心Gを中心Oとする直径3.6cmの円13内に少なくともその一部が含まれるハニカムセグメント7を内側セグメント7aとする。また、この内側セグメント7a以外のハニカムセグメントを外側セグメント7bとする。尚、ここで言う「重心」とは、ハニカムフィルタ100のセル2の延びる方向に直交する断面において、ハニカムフィルタ100の外周縁により描かれる図形の重心のことである。図2の例では、ハニカムフィルタ100を構成する16個のハニカムセグメント7の内、円13内に少なくともその一部が含まれる4個のハニカムセグメント7が内側セグメント7aであり、それ以外の12個のハニカムセグメント7が外側セグメント7bである。また、図3の例では、ハニカムフィルタ100を構成する25個のハニカムセグメント7の内、円13内に少なくともその一部が含まれる1個のハニカムセグメント7が内側セグメント7aであり、それ以外の24個のハニカムセグメント7が外側セグメント7bである。
In the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3, in a cross section orthogonal to the extending direction of the cells of the
ハニカムフィルタ100において、外側セグメント7bの内の少なくとも1つは、低耐熱性セグメントである。また、内側セグメント7a及び外側セグメント7bの内、低耐熱性セグメント以外のものは、高耐熱性セグメントである。ここで、低耐熱性セグメントとは、隔壁の表面に、厚さ0.3μm以下の保護層を有するか、保護層を有さないハニカムセグメントである。また、高耐熱性セグメントとは、隔壁の表面に厚さ0.5〜7.3μmの保護層を有するハニカムセグメントである。尚、保護層とは、40質量%以上の珪素と40質量%以上の酸素とを含む層である。
In the
図4は、低耐熱性セグメントの一の実施形態であって、セルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。図5は、低耐熱性セグメントの他の一の実施形態であって、セルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。図6は、高耐熱性セグメントの一の実施形態であって、セルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section parallel to the extending direction of the cell, which is one embodiment of the low heat resistance segment. FIG. 5 is another embodiment of the low heat resistance segment, which is a cross-sectional view schematically showing a cross section parallel to the extending direction of the cell. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a cross section parallel to the extending direction of the cell, which is one embodiment of the high heat resistant segment.
図4に示す低耐熱性セグメントBの一の実施形態においては、隔壁1の表面に、厚さ0.3μm以下の保護層6が形成されている。また、図5に示す低耐熱性セグメントBの他の一の実施形態においては、隔壁1の表面に、保護層が形成されておらず、隔壁1の表面が、セル2内に直接露出した状態となっている。また、図6に示す高耐熱性セグメントAの一の実施形態においては、隔壁1の表面に、厚さ0.5〜7.3μmの保護層5が形成されている。
In one embodiment of the low heat resistance segment B shown in FIG. 4, a
尚、このような保護層の有無や厚さ以外の構造は、低耐熱性セグメントBと高耐熱性セグメントAとで同一であってよい。即ち、低耐熱性セグメントBと高耐熱性セグメントAとの何れにおいても、ハニカム構造部4は、流入端面11から流出端面12まで延びる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁1を有する。複数のセル2の内の一部のセルは、ハニカム構造部4の流入端面11側において、端部が目封止部3によって目封止された入口目封止セル2bである。また、複数のセル2の内の残りのセルは、ハニカム構造部4の流出端面12側において、端部が目封止部3によって目封止された出口目封止セル2aである。出口目封止セル2aと入口目封止セル2bとは、隔壁1を隔てて隣接するように交互に配置されている。
The structure other than the presence / absence and thickness of such a protective layer may be the same in the low heat resistance segment B and the high heat resistance segment A. That is, in both the low heat resistance segment B and the high heat resistance segment A, the
高耐熱性セグメントAの保護層5は、高耐熱性セグメントAのアクティブ酸化を抑制するために形成されたものである。ここで、「アクティブ酸化」とは、炭化珪素材料が、低酸素雰囲気下で高温に晒された際に生じる、炭化珪素の酸化分解反応である。具体的には、下式(1)のように、炭化珪素(SiC)から一酸化珪素(SiO)ガスが発生する。このアクティブ酸化によって発生したSiOガスは、その後、下式(2)のように、雰囲気中の酸素(O2)と化合して二酸化珪素(SiO2)からなる繊維状物質(ファイバー)を析出する。このような現象を、「ファイバー化」という。
式(1):SiC(固体)+O2(気体)→SiO(気体)+CO(気体)
式(2):SiO(気体)+1/2O2(気体)→SiO2(固体)
The
Equation (1): SiC (solid) + O 2 (gas) → SiO (gas) + CO (gas)
Equation (2): SiO (gas) + 1 / 2O 2 (gas) → SiO 2 (solid)
隔壁1の表面に、保護層を有していないか、保護層6を有していても、その厚さが0.3μm以下である低耐熱性セグメントBでは、ハニカムフィルタ100の再生時のような低酸素雰囲気下において、1200℃程度で骨材である炭化珪素がアクティブ酸化する。そして、このアクティブ酸化によってファイバー化が生じると、低耐熱性セグメントBが変形し、それに伴って、大きなクラックが発生する。また、ファイバー化の初期段階では、低耐熱性セグメントBの変形により流路(セル)が狭まり、圧力損失が一時的に上昇する。
The surface of the
一方、隔壁1の表面に、厚さ0.5〜7.3μmの保護層5を有している高耐熱性セグメントAでは、ハニカムフィルタ100の再生時のような低酸素雰囲気下においても、1300℃程度まではアクティブ酸化は起こらず、ファイバー化も生じない。即ち、高耐熱性セグメントAにクラックが発生するレベルの温度は1300℃程度であり、この温度は、低耐熱性セグメントBにファイバー化が生じる温度よりも100℃程度高い。
On the other hand, in the highly heat-resistant segment A having the
図7〜図13は、本発明のハニカムフィルタ100における、高耐熱性セグメントAと低耐熱性セグメントBとの組み合わせの例を示す説明図である。尚、これらの図においては、ハニカムセグメントの隔壁や目封止部の描画は省略されている。また、これらの図においては、点線で囲まれたハニカムセグメントが内側セグメントであり、それ以外のハニカムセグメントが外側セグメントである。
7 to 13 are explanatory views showing an example of a combination of the high heat resistance segment A and the low heat resistance segment B in the
図7の例では、ハニカムフィルタ100を構成する16個のハニカムセグメントの内、4個の内側セグメントのみが高耐熱性セグメントAであり、12個の外側セグメントは全て低耐熱性セグメントBである。図8の例では、ハニカムフィルタ100を構成する16個のハニカムセグメントの内、4個の内側セグメントと4個の外側セグメントとが高耐熱性セグメントAであり、8個の外側セグメントが低耐熱性セグメントBである。図9の例では、ハニカムフィルタ100を構成する16個のハニカムセグメントの内、4個の内側セグメントと9個の外側セグメントとが高耐熱性セグメントAであり、3個の外側セグメントが低耐熱性セグメントBである。図10の例では、ハニカムフィルタ100を構成する16個のハニカムセグメントの内、4個の内側セグメントと6個の外側セグメントとが高耐熱性セグメントAであり、6個の外側セグメントが低耐熱性セグメントBである。
In the example of FIG. 7, of the 16 honeycomb segments constituting the
また、図11の例では、ハニカムフィルタ100を構成する25個のハニカムセグメントの内、1個の内側セグメントと4個の外側セグメントとが高耐熱性セグメントAであり、20個の外側セグメントが低耐熱性セグメントBである。図12の例では、ハニカムフィルタ100を構成する25個のハニカムセグメントの内、1個の内側セグメントと8個の外側セグメントとが高耐熱性セグメントAであり、16個の外側セグメントが低耐熱性セグメントBである。図13の例では、ハニカムフィルタ100を構成する25個のハニカムセグメントの内、1個の内側セグメントと15個の外側セグメントとが高耐熱性セグメントAであり、9個の外側セグメントが低耐熱性セグメントBである。
Further, in the example of FIG. 11, of the 25 honeycomb segments constituting the
本発明者らが検討したところによると、ハニカムフィルタ100の再生時において、最も高温となる中央付近(内側セグメントが配置された付近)の温度が、1300℃程度に達した時には、最も低温となる外周付近でも1200℃程度に達する。このため、高耐熱性セグメントAが、クラックが発生するレベルの温度(1300℃程度)に達した時には、低耐熱性セグメントBは、アクティブ酸化が生じる温度(1200℃程度)に達しており、ファイバー化による変形が始まっている。即ち、外側セグメントの内の少なくとも1つが低耐熱性セグメントBであるハニカムフィルタ100においては、高耐熱性セグメントAがクラックの発生するレベルの温度に達した時には、前記外側セグメント(低耐熱性セグメントB)に変形が生じることになる。そして、このファイバー化による変形により、ハニカムフィルタ100には、比較的粒径が大きく重量の重いPMでも通過できるような大きなクラックが発生する。また、ファイバー化の初期段階では、低耐熱性セグメントBの変形により流路(セル)が狭まり、圧力損失が一時的に上昇する。
According to the study by the present inventors, when the temperature near the center (near where the inner segment is arranged), which is the highest temperature during regeneration of the
このように、ハニカムフィルタ100は、それを構成する複数個のハニカムセグメントの一部として、高耐熱性セグメントAがクラックの発生するレベルの温度に達した時に、大きなクラックが発生するような低耐熱性セグメントBを意図的に含ませたものである。このため、本発明のハニカムフィルタ100においては、クラックから漏れ出したPMのPMセンサによる検知や、変形による圧力損失の変化の検知が容易であり、高価で大型なPN測定装置を使用しなくても、クラックの発生を容易に検知することができる。
As described above, the
ハニカムフィルタ100における低耐熱性セグメントB及び高耐熱性セグメントAの配置や個数は、図7〜図13の例に限定されるものではない。但し、ハニカムフィルタ100のセルの延びる方向に直交する断面における全てのハニカムセグメント(高耐熱性セグメントA及び低耐熱性セグメントB)の断面積に対する低耐熱性セグメントBの断面積の比率は16〜76%であり、好ましくは32〜66%である。この比率が16%未満では、クラックの発生が検知し難くなる場合が有る。一方、この比率が76%を超えると、再生時にクラックを発生させずに燃焼させることができるPMの量が少なくなり過ぎる場合が有る。図14は、本発明の要件を満たさないハニカムフィルタにおける、低耐熱性セグメントと高耐熱性セグメントとの組み合わせの例を示す説明図である。図14の例では、ハニカムフィルタ200を構成する25個のハニカムセグメントの内、1個の内側セグメントのみが高耐熱性セグメントAで、24個の外側セグメントが全て低耐熱性セグメントBであり、前記比率が76%を超えている。また、図15も、本発明の要件を満たさないハニカムフィルタにおける、低耐熱性セグメントと高耐熱性セグメントとの組み合わせの例を示す説明図である。図15の例では、ハニカムフィルタ300を構成する16個のハニカムセグメントの内、4個の内側セグメントが低耐熱性セグメントBで、12個の外側セグメントが高耐熱性セグメントAである。
The arrangement and number of the low heat resistance segment B and the high heat resistance segment A in the
図6に示すような高耐熱性セグメントAの隔壁1の表面に形成される保護層5の厚さは、0.5〜7.3μmであり、好ましくは1.0〜6.0μmである。この保護層5の厚さが0.5μm未満では、高耐熱性セグメントAのアクティブ酸化を十分に抑制することができず、再生時にクラックを発生させずに燃焼させることができるPMの量が少なくなり過ぎる場合が有る。一方、この保護層の厚さが7.3μmを超えると、熱膨張係数の増加により、再生時に生じる熱応力が増大してクラックが発生しやすくなり、再生時にクラックを発生させずに燃焼させることができるPMの量が少なくなり過ぎる場合が有る。
The thickness of the
図5に示すような低耐熱性セグメントBは、隔壁1の表面に保護層が形成されていないか、例えば、図4に示すような保護層6が形成されていたとしても、その厚さは0.3μm以下である。低耐熱性セグメントBの隔壁1の表面に、厚さが0.3μmを超える保護層6が形成されていると、高耐熱性セグメントAがクラックの発生するレベルの温度に達しても、低耐熱性セグメントBにファイバー化による変形や、それに伴うクラックが生じない場合が有る。
The thickness of the low heat resistant segment B as shown in FIG. 5 is such that the protective layer is not formed on the surface of the
保護層は、40質量%以上の珪素と40質量%以上の酸素とを含む。40質量%以上の珪素と40質量%以上の酸素とを含む保護層を、0.5〜7.3μmの厚さとなるように高耐熱性セグメントAの隔壁1の表面に形成することにより、高耐熱性セグメントAのアクティブ酸化を効果的に抑制することができる。保護層に含まれる珪素と酸素との少なくとも一方が、40質量%未満であると、前記のような厚さの保護層を高耐熱性セグメントAの隔壁1の表面に形成しても、高耐熱性セグメントAのアクティブ酸化を十分に抑制することができない。尚、保護層は、49質量%以上の珪素と42質量%以上の酸素とを含むことが好ましく、50質量%以上の珪素と43質量%以上の酸素とを含むことがより好ましく、53質量%以上の珪素と46質量%以上の酸素とを含むことが更に好ましい。
The protective layer contains 40% by mass or more of silicon and 40% by mass or more of oxygen. By forming a protective layer containing 40% by mass or more of silicon and 40% by mass or more of oxygen on the surface of the
このような保護層の形成方法としては、例えば、骨材が炭化珪素であるハニカムセグメントを酸素雰囲気下(例えば、酸素濃度15〜20質量%)において、900〜1400℃で5〜20時間程度加熱する方法が挙げられる。このような方法で、ハニカムセグメントを酸化処理することにより、骨材である炭化珪素の一部が酸化され、40質量%以上の珪素と40質量%以上の酸素とを含むシリカ(SiO2)質の保護層(酸化膜)が形成される。 As a method for forming such a protective layer, for example, a honeycomb segment whose aggregate is silicon carbide is heated in an oxygen atmosphere (for example, an oxygen concentration of 15 to 20% by mass) at 900 to 1400 ° C. for about 5 to 20 hours. There is a way to do it. By oxidizing the honeycomb segment by such a method, a part of silicon carbide which is an aggregate is oxidized, and a silica (SiO 2 ) material containing 40% by mass or more of silicon and 40% by mass or more of oxygen is contained. Protective layer (oxide film) is formed.
尚、保護層の有無の確認及び保護層の厚さの測定は、FE−EPMA(電界放出型電子線マイクロアナライザ)を用いて行うことができる。具体的には、まず、FE−EPMAにて、ハニカムセグメントの隔壁を構成するSiC粒子(骨材)を覆う、40質量%以上の珪素と40質量%以上の酸素とを含む層(保護層)の有無を確認する。次いで、保護層が形成されていることを確認できた隔壁から、縦100μm×横100μmの視野を無作為に5箇所抽出する。そして、それぞれの視野について、SiC粒子(骨材)を覆っている保護層を、無作為に10箇所抽出して厚さを計測し、計50箇所の厚さの平均値を保護層の厚さとする。 The presence or absence of the protective layer and the measurement of the thickness of the protective layer can be performed using FE-EPMA (field emission electron probe microanalyzer). Specifically, first, in FE-EPMA, a layer (protective layer) containing 40% by mass or more of silicon and 40% by mass or more of oxygen covering the SiC particles (aggregate) constituting the partition wall of the honeycomb segment. Check for the presence of. Next, from the partition wall where it was confirmed that the protective layer was formed, five visual fields of 100 μm in length × 100 μm in width were randomly extracted. Then, for each field of view, the protective layer covering the SiC particles (aggregate) was randomly extracted at 10 points and the thickness was measured, and the average value of the total thickness of 50 points was taken as the thickness of the protective layer. do.
図1に示すようなハニカムフィルタ100のハニカム構造部4は、炭化珪素(SiC)からなる骨材と、その骨材同士を結合する結合材とから構成されている。結合材は、珪素(Si)又はコージェライトを含むものであることが好ましい。結合材が珪素を含むことにより、高い熱伝導率が得られ、フィルタ再生時の温度を抑制できる。また、結合材がコージェライトを含むことにより、熱膨張率が低くなり、クラックが発生し難くなる。
The
目封止部3を構成する材料としては、目封止部3とハニカム構造部4との熱膨張差を小さくするため、ハニカム構造部4を構成する材料と同じ材料を用いることが好ましい。セル2の延びる方向における目封止部3の長さ(目封止部3の深さ)は、特に限定されず、ハニカムフィルタ100の使用環境等に応じて適宜決定することができる。
As the material constituting the
隔壁1の厚さは、50〜500μmであることが好ましく、100〜400μmであることが特に好ましい。隔壁1の厚さが50μm未満であると、十分な強度が得られない場合がある。また、隔壁1の厚さが500μmを超えると、圧力損失が高くなり過ぎて、ハニカムフィルタ100をディーゼルエンジン等の排気系に搭載した場合に、エンジンの出力低下を招くことがある。
The thickness of the
隔壁1の気孔率は、25〜80%であることが好ましく、30〜76%であることが更に好ましく、35〜72%であることが特に好ましい。隔壁1の気孔率が25%未満であると、圧力損失が高くなり過ぎて、ハニカムフィルタ100をディーゼルエンジン等の排気系に搭載した場合に、エンジンの出力低下を招くことがある。また、隔壁1の気孔率が80%を超えると、十分な強度が得られない場合がある。尚、ここで言う「気孔率」は、水銀ポロシメータによって測定した値である。
The porosity of the
隔壁1の平均細孔径は、5〜100μmであることが好ましく、7〜80μmであることが更に好ましく、9〜50μmであることが特に好ましい。隔壁1の平均細孔径が5μm未満であると、圧力損失が高くなり過ぎて、ハニカムフィルタ100をディーゼルエンジン等の排気系に搭載した場合に、エンジンの出力低下を招くことがある。また、隔壁1の平均細孔径が100μmを超えると、十分な強度が得られない場合がある。尚、ここで言う「平均細孔径」は、水銀ポロシメータによって測定した値である。
The average pore diameter of the
ハニカム構造部4のセル密度は、15〜650セル/cm2であることが好ましく、30〜550セル/cm2であることが更に好ましい。ハニカム構造部4のセル密度が15セル/cm2未満であると、ハニカムフィルタ100の強度や有効濾過面積が不十分となる場合がある。また、ハニカム構造部4のセル密度が650セル/cm2超えると、セル2を取り囲む隔壁1の相互間の距離が短くなるため、流路(セル2)にPMの詰まりが生じる場合がある。
Cell density of the honeycomb structured
ハニカム構造部4のセル形状(セル2が延びる方向に直交する断面におけるセル2の形状)には、特に制限はない。好ましいセル形状としては、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形、円形、楕円形、あるいはこれらの組合せを挙げることができる。四角形の中では、正方形または長方形が好ましい。
The cell shape of the honeycomb structure portion 4 (the shape of the
ハニカムフィルタ100の全体形状は、特に限定されない。ハニカムフィルタ100の好ましい全体形状としては、円柱状、端面が楕円形の柱状、端面が正方形、長方形、三角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の柱状等が挙げられる。尚、図1に示すハニカムフィルタ100の形状は円柱状である。
The overall shape of the
ハニカムフィルタ100には、外周コート層9が形成されていてもよい。外周コート層9の厚さは、0.05〜3.0mmであることが好ましく、0.1〜1.5mmであることが更に好ましい。外周コート層9の厚さが0.05mm未満であると、外周コート層9の強度が不足して、外周コート層9が割れ易くなる場合が有る。また、外周コート層9の厚さが3.0mmを超えると、圧力損失が高くなり過ぎる場合が有る。
The outer
ハニカム構造部4には、触媒が担持されていることが好ましい。触媒が担持されることにより、再生時におけるPMの燃焼を促進したり、排ガス中に含まれる有害な成分を浄化したりすることができる。触媒としては、例えば、酸化触媒、三元触媒、還元触媒等を挙げることができる。
It is preferable that a catalyst is supported on the
触媒の担持量は、10〜500g/Lであることが好ましく、20〜400g/Lであることが更に好ましく、30〜300g/Lであることが特に好ましい。触媒の担持量が10g/L未満であると、触媒性能が十分に発現しない場合がある。また、触媒の担持量が500g/Lを超えると、流路(セル)の断面積が小さくなり、圧力損失が高くなり過ぎる場合がある。尚、ここで言う触媒の担持量(g/L)とは、ハニカム構造部の単位体積(1L)当たりに担持される触媒の量(g)のことである。 The amount of the catalyst supported is preferably 10 to 500 g / L, more preferably 20 to 400 g / L, and particularly preferably 30 to 300 g / L. If the amount of the catalyst supported is less than 10 g / L, the catalyst performance may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if the amount of the catalyst supported exceeds 500 g / L, the cross-sectional area of the flow path (cell) becomes small, and the pressure loss may become too high. The catalyst loading amount (g / L) referred to here is the amount (g) of the catalyst supported per unit volume (1L) of the honeycomb structure portion.
(2)ハニカムフィルタの製造方法:
以下、本発明のハニカムフィルタの製造方法の一例を説明する。まず、セラミック原料を含有する成形原料を調製する。セラミック原料としては、骨材となる炭化珪素と、結合材となる珪素又はコージェライト化原料とからなるものが好ましい。尚、コージェライト化原料とは、焼成されることによりコージェライトになる原料のことであり、具体的には、シリカが42〜56質量%、アルミナが30〜45質量%、マグネシアが12〜16質量%の範囲に入る化学組成となるように配合された原料である。
(2) Honeycomb filter manufacturing method:
Hereinafter, an example of the method for manufacturing the honeycomb filter of the present invention will be described. First, a molding raw material containing a ceramic raw material is prepared. As the ceramic raw material, one composed of silicon carbide as an aggregate and silicon or a cordierite-forming raw material as a binder is preferable. The cordierite-forming raw material is a raw material that becomes cordierite by firing. Specifically, silica is 42 to 56% by mass, alumina is 30 to 45% by mass, and magnesia is 12 to 16. It is a raw material formulated so as to have a chemical composition within the range of mass%.
成形原料は、前記セラミック原料に、分散媒、焼結助剤、有機バインダ、界面活性剤、造孔材等を混合して調製することが好ましい。 The molding raw material is preferably prepared by mixing the ceramic raw material with a dispersion medium, a sintering aid, an organic binder, a surfactant, a pore-forming material, and the like.
分散媒としては、水を用いることが好ましい。分散媒の含有量は、成形原料を混練して得られる坏土が成形しやすい硬度となるように適宜調整する。具体的な分散媒の含有量としては、成形原料全体に対して20〜80質量%であることが好ましい。 It is preferable to use water as the dispersion medium. The content of the dispersion medium is appropriately adjusted so that the clay obtained by kneading the molding raw materials has a hardness that makes it easy to mold. The specific content of the dispersion medium is preferably 20 to 80% by mass with respect to the entire molding raw material.
焼結助剤としては、例えば、イットリア、マグネシア、酸化ストロンチウム等を用いることができる。焼結助剤の含有量は、成形原料全体に対して0.1〜0.3質量%であることが好ましい。 As the sintering aid, for example, yttria, magnesia, strontium oxide and the like can be used. The content of the sintering aid is preferably 0.1 to 0.3% by mass with respect to the entire molding raw material.
有機バインダとしては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。有機バインダの含有量は、成形原料全体に対して2〜10質量%であることが好ましい。 Examples of the organic binder include methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol and the like. Among these, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose in combination. The content of the organic binder is preferably 2 to 10% by mass with respect to the entire molding raw material.
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、成形原料全体に対して2質量%以下であることが好ましい。 As the surfactant, ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol and the like can be used. These may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type. The content of the surfactant is preferably 2% by mass or less with respect to the entire molding raw material.
造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、中空樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、成形原料全体に対して10質量%以下であることが好ましい。 The pore-forming material is not particularly limited as long as it becomes pores after firing, and examples thereof include graphite, starch, foamed resin, hollow resin, water-absorbent resin, and silica gel. The content of the pore-forming material is preferably 10% by mass or less with respect to the entire molding raw material.
次に、成形原料を混練して坏土を形成する。成形原料を混練して坏土を形成する方法には特に制限はない。例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。 Next, the molding raw materials are kneaded to form clay. There is no particular limitation on the method of kneading the molding raw materials to form the clay. For example, a method using a kneader, a vacuum clay kneader, or the like can be mentioned.
次いで、得られた坏土を成形して、ハニカム成形体を形成する。ハニカム成形体は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有する成形体である。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法には特に制限はなく、押出成形法、射出成形法等の公知の成形方法を用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ等に対応した口金を用いて押出成形する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。 Next, the obtained clay is molded to form a honeycomb molded body. The honeycomb molded body is a molded body having a partition wall for partitioning a plurality of cells serving as a fluid flow path. The method for forming the honeycomb molded body by molding the clay is not particularly limited, and a known molding method such as an extrusion molding method or an injection molding method can be used. For example, a method of extrusion molding using a base corresponding to a desired cell shape, partition wall thickness, etc. can be mentioned as a preferable example. As the material of the base, a cemented carbide that is hard to wear is preferable.
こうして得られたハニカム成形体を乾燥させた後、焼成する。乾燥方法は、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができる。中でも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組み合わせて行うことが好ましい。 The honeycomb molded product thus obtained is dried and then fired. Examples of the drying method include hot air drying, microwave drying, dielectric drying, vacuum drying, vacuum drying, freeze drying and the like. Above all, it is preferable to perform dielectric drying, microwave drying or hot air drying alone or in combination.
乾燥後のハニカム成形体(ハニカム乾燥体)を焼成して、ハニカム構造部を作製する。尚、この焼成(本焼成)の前に、ハニカム成形体中に含まれているバインダ等を除去するため、仮焼(脱脂)を行うことが好ましい。仮焼の条件は、特に限定されるものではなく、ハニカム成形体中に含まれている有機物(有機バインダ、界面活性剤、造孔材等)を除去することができるような条件あればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は100〜300℃程度、造孔材の燃焼温度は200〜800℃程度である。そのため、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、200〜1000℃程度で、3〜100時間程度加熱することが好ましい。 The dried honeycomb molded body (honeycomb dried body) is fired to produce a honeycomb structure. Prior to this firing (main firing), it is preferable to perform calcining (solvent degreasing) in order to remove the binder and the like contained in the honeycomb molded body. The conditions for calcining are not particularly limited, and any conditions may be sufficient as long as the organic substances (organic binder, surfactant, pore-forming material, etc.) contained in the honeycomb molded body can be removed. Generally, the combustion temperature of the organic binder is about 100 to 300 ° C., and the combustion temperature of the pore-forming material is about 200 to 800 ° C. Therefore, as a condition for calcining, it is preferable to heat in an oxidizing atmosphere at about 200 to 1000 ° C. for about 3 to 100 hours.
ハニカム成形体の焼成(本焼成)は、仮焼したハニカム成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われるものである。焼成の条件(温度、時間、雰囲気等)は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。 The firing (main firing) of the honeycomb molded body is performed in order to obtain a predetermined strength by sintering and densifying the molding raw material constituting the temporarily baked honeycomb molded body. Since the firing conditions (temperature, time, atmosphere, etc.) differ depending on the type of molding raw material, appropriate conditions may be selected according to the type.
次に、ハニカム構造部に目封止部を形成する。目封止部は、出口目封止セルについては、ハニカム構造部の流出端面側において、端部が目封止されるように形成し、入口目封止セルについては、ハニカム構造部の流入端面側において、端部が目封止されるように形成する。この目封止部の形成には、従来公知の方法を用いることができる。具体的な方法の一例としては、まず、前記のような方法で作製したハニカム構造部の端面にシートを貼り付ける。次いで、このシートの、目封止部を形成しようとするセルに対応した位置に穴を開ける。次に、このシートを貼り付けたままの状態で、目封止部の形成材料をスラリー化した目封止用スラリーに、ハニカム構造部の端面を浸漬し、シートに開けた孔を通じて、目封止しようとするセルの開口端部内に目封止用スラリーを充填する。 Next, a mesh sealing portion is formed on the honeycomb structure portion. The mesh sealing portion is formed so that the end portion of the outlet mesh sealing cell is sealed on the outflow end face side of the honeycomb structure, and the inlet sealing cell is formed so that the end face is sealed. On the side, it is formed so that the end is sealed. A conventionally known method can be used for forming the mesh sealing portion. As an example of a specific method, first, a sheet is attached to the end face of the honeycomb structure portion produced by the above method. Next, a hole is made in the sheet at a position corresponding to the cell in which the eye seal portion is to be formed. Next, with this sheet still attached, the end face of the honeycomb structure is dipped in the slurry for sealing, which is a slurry of the material for forming the sealing portion, and the sealing is performed through the holes made in the sheet. The opening end of the cell to be stopped is filled with the sealing slurry.
こうしてセル内に充填した目封止用スラリーを乾燥した後、焼成して硬化させることにより、ハニカム構造部と目封止部とを備えたハニカムセグメントが得られる。目封止部の形成材料には、ハニカム構造部の形成材料と同じ材料を用いることが好ましい。尚、目封止部の形成は、ハニカム成形体の乾燥後、仮焼後あるいは焼成(本焼成)後の何れの段階で行ってもよい。 By drying the sealing slurry filled in the cell and then firing and curing the slurry, a honeycomb segment having a honeycomb structure portion and a sealing portion can be obtained. It is preferable to use the same material as the material for forming the honeycomb structure portion as the material for forming the sealing portion. The mesh sealing portion may be formed at any stage after the honeycomb molded body is dried, calcined, or fired (main fired).
こうして得られたハニカムセグメントの内、高耐熱性セグメントとするものには、保護層を形成するための酸化処理を施す。酸化処理の方法としては、例えば、ハニカムセグメントを酸素雰囲気下(例えば、酸素濃度15〜20質量%)において、900〜1400℃で5〜20時間程度加熱する方法が挙げられる。このような方法で、ハニカムセグメントを酸化処理することにより、骨材である炭化珪素の一部が酸化され、隔壁の表面に、40質量%以上の珪素と40質量%以上の酸素とを含むシリカ(SiO2)質の保護層(酸化膜)が形成される。 Among the honeycomb segments thus obtained, those having high heat resistance are subjected to an oxidation treatment for forming a protective layer. Examples of the oxidation treatment method include a method of heating the honeycomb segment in an oxygen atmosphere (for example, an oxygen concentration of 15 to 20% by mass) at 900 to 1400 ° C. for about 5 to 20 hours. By oxidizing the honeycomb segment by such a method, a part of silicon carbide which is an aggregate is oxidized, and silica containing 40% by mass or more of silicon and 40% by mass or more of oxygen is contained on the surface of the partition wall. A (SiO 2 ) quality protective layer (oxide film) is formed.
前記のようにして得られたハニカムセグメントの内、低耐熱性セグメントとするものには、基本的に保護層は不要であるため、酸化処理を施す必要は無い。但し、低耐熱性セグメントであっても、厚さが0.3μm未満であれば、隔壁の表面に保護層が形成されていても良い。厚さが0.3μm未満の保護層は、特に酸化処理を施さなくても、上記したハニカム成形体の焼成(本焼成)の過程で形成されることが有る。尚、厚さが0.3μm未満の保護層を酸化処理によって形成する場合には、高耐熱性セグメントの保護層を形成する場合よりも、加熱雰囲気の酸素濃度を低くしたり、加熱時間を短くしたりすることにより、形成される保護層の厚さを調整することが好ましい。 Among the honeycomb segments obtained as described above, those having a low heat resistance segment basically do not require a protective layer, and therefore do not need to be subjected to an oxidation treatment. However, even if the segment has low heat resistance, a protective layer may be formed on the surface of the partition wall as long as the thickness is less than 0.3 μm. The protective layer having a thickness of less than 0.3 μm may be formed in the process of firing (main firing) of the honeycomb molded body described above without any special oxidation treatment. When the protective layer having a thickness of less than 0.3 μm is formed by the oxidation treatment, the oxygen concentration in the heating atmosphere is lowered and the heating time is shortened as compared with the case where the protective layer of the highly heat-resistant segment is formed. It is preferable to adjust the thickness of the protective layer formed by such a method.
次いで、高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメントのそれぞれの側面に、スラリー状の接合材を塗布し、その接合材により、当該側面同士が接合されるように、高耐熱性セグメントと低耐熱性セグメントとを組み合わせる。この時、外側セグメントの内の少なくとも1つは、低耐熱性セグメントとなるようにする。また、最終的に得られるハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面における全てのハニカムセグメントの断面積に対する低耐熱性セグメントの断面積の比率が16〜76%となるように、高耐熱性セグメントと低耐熱性セグメントとの個数を調整する。高耐熱性セグメントと低耐熱性セグメントとをこのように組み合わせ、接合材を加熱乾燥させることにより、複数個のハニカムセグメント(高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメント)が接合材を介して接合一体化されたハニカムセグメント接合体が得られる。 Next, a slurry-like joining material is applied to each side surface of the high heat-resistant segment and the low heat-resistant segment, and the high-heat-resistant segment and the low-heat-resistant segment are joined so that the side surfaces are joined by the joining material. Combine with. At this time, at least one of the outer segments is set to be a low heat resistant segment. Further, the high heat-resistant segment is such that the ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments in the cross section orthogonal to the extending direction of the cell of the finally obtained honeycomb filter is 16 to 76%. And adjust the number of low heat resistant segments. By combining the high heat resistance segment and the low heat resistance segment in this way and heating and drying the bonding material, a plurality of honeycomb segments (high heat resistance segment and low heat resistance segment) are joined and integrated via the bonding material. The resulting honeycomb segment joint is obtained.
接合材としては、例えば、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、セラミック粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材と水とを加えて混練し、スラリー状としたものが、好適に使用できる。接合材を高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメントのそれぞれの側面に塗布する方法は、特に限定されず、刷毛塗り等の方法を用いることができる。 As the bonding material, for example, an inorganic raw material such as inorganic fiber, colloidal silica, clay, or ceramic particles is kneaded with an additive such as an organic binder, an effervescent resin, or a dispersant and water to form a slurry. , Can be preferably used. The method of applying the bonding material to each side surface of the high heat resistance segment and the low heat resistance segment is not particularly limited, and a method such as brush coating can be used.
ハニカムセグメント接合体は、そのままの状態でもハニカムフィルタとして使用できるが、必要に応じて、その外周部分に研削加工を施し、円柱状等の所望の形状としてもよい。この場合、研削加工後の外周部分(加工面)に、外周コート層を形成することが好ましい。 The honeycomb segment joint can be used as a honeycomb filter as it is, but if necessary, the outer peripheral portion thereof may be ground to form a desired shape such as a columnar shape. In this case, it is preferable to form an outer peripheral coat layer on the outer peripheral portion (processed surface) after grinding.
外周コート層は、研削加工後のハニカムセグメント接合体の加工面に、外周コート材を塗布することにより形成される。外周コート材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、セラミック粒子等の無機原料機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材と水とを加えて混練し、スラリー状としたものが好適に使用できる。外周コート材をハニカム接合体の加工面に塗布する方法は、特に限定されない。好適な方法としては、例えば、研削加工後のハニカムセグメント接合体をろくろ上で回転させながら、その加工面に、外周コート材をゴムヘラなどでコーティングする方法を挙げることができる。 The outer peripheral coating layer is formed by applying an outer peripheral coating material to the processed surface of the honeycomb segment joint body after grinding. As the outer peripheral coating material, an inorganic raw material binder such as inorganic fiber, colloidal silica, clay, ceramic particles, an additive such as a foamed resin and a dispersant, and water are added and kneaded to form a slurry, which is preferably used. can. The method of applying the outer peripheral coating material to the processed surface of the honeycomb joint is not particularly limited. As a preferable method, for example, a method of coating the outer peripheral coating material with a rubber spatula or the like on the processed surface while rotating the honeycomb segment joint body after the grinding process on the potter's wheel can be mentioned.
(3)触媒の担持方法:
次に、前記のようにして製造されたハニカムフィルタのハニカム構造部に、触媒を担持する方法の一例を説明する。まず、担持させようとする触媒を含む触媒スラリーを調製する。この触媒スラリーを、ハニカム構造部の隔壁にコートする。コートの方法は、特に限定されない。例えば、ハニカム構造部の一方の端面を触媒スラリー中に漬けた状態で、ハニカム構造部の他方の端面から吸引する方法(吸引法)が好適なコート方法として挙げられる。こうして、ハニカム構造部の隔壁に触媒スラリーをコートした後、触媒スラリーを乾燥させる。更に、乾燥した触媒スラリーを焼成してもよい。このようにして、ハニカム構造部に酸化触媒が担持されたハニカムフィルタを得ることができる。
(3) Catalyst supporting method:
Next, an example of a method of supporting the catalyst on the honeycomb structure portion of the honeycomb filter manufactured as described above will be described. First, a catalyst slurry containing a catalyst to be supported is prepared. This catalyst slurry is coated on the partition wall of the honeycomb structure. The coating method is not particularly limited. For example, a method of sucking from the other end face of the honeycomb structure portion (suction method) in a state where one end face of the honeycomb structure portion is immersed in the catalyst slurry can be mentioned as a preferable coating method. In this way, after the catalyst slurry is coated on the partition wall of the honeycomb structure portion, the catalyst slurry is dried. Further, the dried catalyst slurry may be calcined. In this way, a honeycomb filter in which an oxidation catalyst is supported on the honeycomb structure can be obtained.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末とを80:20の質量割合で混合してセラミック原料を得た。得られたセラミック原料に、有機バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加するとともに、分散媒として水を添加して成形原料とし、この成形原料を真空土練機により混練して坏土を作製した。有機バインダの添加量は、セラミック原料100質量部に対し、7質量部とした。造孔材の添加量は、セラミック原料100質量部に対し、3質量部とした。水の添加量は、セラミック原料100質量部に対し、42質量部とした。
(Example 1)
Silicon carbide (SiC) powder and metallic silicon (Si) powder were mixed at a mass ratio of 80:20 to obtain a ceramic raw material. To the obtained ceramic raw material, hydroxypropylmethylcellulose as an organic binder and a water-absorbent resin as a pore-forming material were added, and water was added as a dispersion medium to prepare a molding raw material, and this molding raw material was kneaded with a vacuum clay kneader. The clay was made. The amount of the organic binder added was 7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material. The amount of the pore-forming material added was 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material. The amount of water added was 42 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material.
得られた坏土を、所定形状の口金を用いて押出成形し、全体形状が四角柱状のハニカム成形体を得た。こうして得られたハニカム成形体を、マイクロ波乾燥機で乾燥した後、更に熱風乾燥機で乾燥させて、ハニカム乾燥体を得た。 The obtained clay was extruded using a base having a predetermined shape to obtain a honeycomb molded body having a square columnar shape as a whole. The honeycomb molded product thus obtained was dried by a microwave dryer and then further dried by a hot air dryer to obtain a honeycomb dried product.
次いで、ハニカム乾燥体の所定のセルの一方の端部と、残余のセルの他方の端部とに目封止部を形成した。目封止部の形成は、ハニカム乾燥体の両端面が、端部に目封止部が形成されたセルと、端部に目封止部が形成されていないセルとによって、市松模様を呈するように行った。目封止部の形成方法としては、まず、ハニカム乾燥体の端面にシートを貼り付け、このシートの、目封止部を形成しようとするセルに対応した位置に穴を開けた。続いて、このシートを貼り付けたままの状態で、目封止部の形成材料をスラリー化した目封止用スラリーに、ハニカム乾燥体の端面を浸漬し、シートに開けた孔を通じて、目封止しようとするセルの端部内に目封止用スラリーを充填した。尚、目封止部の形成材料には、前記成形原料と同じものを用いた。 Next, a sealing portion was formed at one end of a predetermined cell of the dried honeycomb body and at the other end of the remaining cell. The formation of the eye-sealing portion is such that both end faces of the dried honeycomb are checked in a checkered pattern by a cell in which the eye-sealing portion is formed at the end and a cell in which the eye-sealing portion is not formed at the end. I went like that. As a method for forming the eye-sealing portion, first, a sheet was attached to the end face of the dried honeycomb body, and a hole was made in the sheet at a position corresponding to the cell in which the eye-sealing portion was to be formed. Subsequently, with this sheet still attached, the end face of the dried honeycomb body is immersed in the slurry for sealing, which is a slurry of the material for forming the sealing portion, and the sealing is performed through the holes made in the sheet. The end of the cell to be stopped was filled with a slurry for sealing. As the material for forming the sealing portion, the same material as the molding raw material was used.
こうして、セルの端部内に充填した目封止用スラリーを乾燥させた後、ハニカム乾燥体を、大気雰囲気にて約400℃で仮焼(脱脂)した。その後、Ar不活性雰囲気にて約1450℃で焼成することにより、ハニカムセグメントを得た。得られたハニカムセグメントは、セルの延びる方向に直交する断面が一辺36mmの正方形であり、セルの延びる方向における長さが152mmであった。また、得られたハニカムセグメントのハニカム構造部は、炭化珪素からなる骨材と、珪素からなり、骨材同士を結合する結合材とから構成されていた。 In this way, the slurry for sealing the eyes filled in the end of the cell was dried, and then the dried honeycomb was calcined (defatted) at about 400 ° C. in an air atmosphere. Then, the honeycomb segment was obtained by firing at about 1450 ° C. in an Ar inert atmosphere. The obtained honeycomb segment had a square cross section of 36 mm on a side orthogonal to the extending direction of the cell, and had a length of 152 mm in the extending direction of the cell. Further, the honeycomb structure portion of the obtained honeycomb segment was composed of an aggregate made of silicon carbide and a binder made of silicon and binding the aggregates to each other.
このようにして得られた複数個のハニカムセグメントの内の一部のハニカムセグメントに酸化処理を施して隔壁の表面に、厚さが1.5μmで、53質量%の珪素と46質量%の酸素とを含むSiO2質の保護層(酸化膜)を形成した。酸化処理は、ハニカムセグメントを酸素濃度20質量%の酸素雰囲気下において、1300℃で5時間加熱する方法で行った。こうして酸化処理を施したハニカムセグメントを高耐熱性セグメントとし、酸化処理を施さなかったハニカムセグメントを低耐熱性セグメントとした。 A part of the honeycomb segments among the plurality of honeycomb segments thus obtained is subjected to an oxidation treatment, and the surface of the partition wall is 1.5 μm thick, and has 53% by mass of silicon and 46% by mass of oxygen. SiO 2 quality protective layer, including bets was formed (oxide film). The oxidation treatment was carried out by heating the honeycomb segment at 1300 ° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere having an oxygen concentration of 20% by mass. The honeycomb segment subjected to the oxidation treatment in this way was designated as a high heat resistant segment, and the honeycomb segment not subjected to the oxidation treatment was designated as a low heat resistant segment.
続いて、アルミナ粉に、シリカファイバー、有機バインダ及び水を添加してスラリー状の接合材を得た。この接合材を、高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメントのそれぞれの側面に厚さ約1mmとなるように塗布した。そして、このように接合材が塗布された4個の高耐熱性セグメントAと12個の低耐熱性セグメントBとからなる合計16個のハニカムセグメントを、図7に示す配置となるように組み合わせ、ハニカムセグメント積層体を作製した。このハニカムセグメント積層体を、120℃で2時間乾燥させて、全体形状が四角柱状のハニカムセグメント接合体を得た。 Subsequently, silica fiber, an organic binder and water were added to the alumina powder to obtain a slurry-like bonding material. This bonding material was applied to each side surface of the high heat resistant segment and the low heat resistant segment so as to have a thickness of about 1 mm. Then, a total of 16 honeycomb segments composed of the four high heat resistant segments A and the 12 low heat resistant segments B coated with the bonding material in this way are combined so as to have the arrangement shown in FIG. A honeycomb segment laminate was produced. This honeycomb segment laminate was dried at 120 ° C. for 2 hours to obtain a honeycomb segment joint having a square columnar shape as a whole.
次いで、このハニカムセグメント接合体の全体形状が円柱状となるように、その外周を研削加工した。研削加工後、その加工面に接合材と同じ組成の外周コート材を1mmの厚さで塗布し、700℃で2時間乾燥硬化させて外周コート層を形成した。 Next, the outer circumference of the honeycomb segment joint was ground so that the overall shape would be cylindrical. After the grinding process, an outer peripheral coating material having the same composition as the bonding material was applied to the processed surface to a thickness of 1 mm, and dried and cured at 700 ° C. for 2 hours to form an outer peripheral coating layer.
こうして作製された実施例1のハニカムフィルタは、直径が144mmで、長さが152mmであった。隔壁の厚さは320μmで、隔壁の気孔率は52%であった。セル密度は46セル/cm2で、セル形状は正方形であった。ハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面における全てのハニカムセグメント(高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメント)の断面積に対する低耐熱性セグメントの断面積の比率は、66%であった。 The honeycomb filter of Example 1 thus produced had a diameter of 144 mm and a length of 152 mm. The thickness of the partition wall was 320 μm, and the porosity of the partition wall was 52%. The cell density was 46 cells / cm 2 , and the cell shape was square. The ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments (high heat-resistant segment and low heat-resistant segment) in the cross section orthogonal to the extending direction of the cells of the honeycomb filter was 66%.
(実施例2〜4,6〜8)
酸化処理の条件を調整することにより、高耐熱性セグメントの保護層の珪素と酸素との含有量及び/又は保護層の厚さを表1に示す値に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜4,6〜8のハニカムフィルタを作製した。
(Examples 2 to 4, 6 to 8)
Same as in Example 1 except that the content of silicon and oxygen in the protective layer of the highly heat-resistant segment and / or the thickness of the protective layer was changed to the values shown in Table 1 by adjusting the conditions of the oxidation treatment. Then, the honeycomb filters of Examples 2 to 4, 6 to 8 were produced.
(実施例5)
各ハニカムセグメントのハニカム構造部に触媒を担持させた以外は、実施例1と同様にして、実施例5のハニカムフィルタを作製した。尚、触媒の担持は、吸引法により、ハニカムセグメント接合体の隔壁の表面に、白金(Pt)、ロジウム(Rh)を5:1の比率で含有する触媒スラリーのコート層を形成した後、 加熱乾燥することにより行った。ハニカムフィルタの体積1リットル当たりの貴金属(Pt、Rh)の合計担持量は15gとした。
(Example 5)
The honeycomb filter of Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the catalyst was supported on the honeycomb structure of each honeycomb segment. The catalyst is supported by forming a coat layer of a catalyst slurry containing platinum (Pt) and rhodium (Rh) at a ratio of 5: 1 on the surface of the partition wall of the honeycomb segment junction by a suction method, and then heating the catalyst. This was done by drying. The total amount of precious metals (Pt, Rh) supported per liter of the volume of the honeycomb filter was 15 g.
(実施例9)
低耐熱性セグメントとして、隔壁の表面に、厚さが0.3μmで、50質量%の珪素と43質量%の酸素とを含むSiO2質の保護層(酸化膜)を形成したものを用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例9のハニカムフィルタを作製した。
(Example 9)
As the low heat-resistant segment, one having a thickness of 0.3 μm and a SiO 2 quality protective layer (oxide film) containing 50% by mass of silicon and 43% by mass of oxygen formed on the surface of the partition wall was used. A honeycomb filter of Example 9 was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
(実施例10)
セラミック原料の金属珪素粉末をコージェライト化原料に変更した以外は、実施例4と同様にして、実施例10のハニカムフィルタを作製した。
(Example 10)
The honeycomb filter of Example 10 was produced in the same manner as in Example 4 except that the metallic silicon powder of the ceramic raw material was changed to the cordierite-forming raw material.
(実施例11)
酸化処理の条件を調整することにより、高耐熱性セグメントの保護層の厚さを表1に示す値に変更するとともに、各ハニカムセグメントのハニカム構造部に触媒を担持させた以外は、実施例10と同様にして、実施例11のハニカムフィルタを作製した。尚、触媒の担持は、吸引法により、ハニカムセグメント接合体の隔壁の表面に、白金(Pt)、ロジウム(Rh)を5:1の比率で含有する触媒スラリーのコート層を形成した後、加熱乾燥することにより行った。ハニカムフィルタの体積1リットル当たりの貴金属(Pt、Rh)の合計担持量は15gとした。
(Example 11)
Example 10 except that the thickness of the protective layer of the highly heat-resistant segment was changed to the value shown in Table 1 by adjusting the conditions of the oxidation treatment, and the catalyst was supported on the honeycomb structure of each honeycomb segment. In the same manner as in the above, the honeycomb filter of Example 11 was produced. The catalyst is supported by forming a coat layer of a catalyst slurry containing platinum (Pt) and rhodium (Rh) at a ratio of 5: 1 on the surface of the partition wall of the honeycomb segment bonded body by a suction method, and then heating the catalyst. This was done by drying. The total amount of precious metals (Pt, Rh) supported per liter of the volume of the honeycomb filter was 15 g.
(実施例12)
13個の高耐熱性セグメントAと3個の低耐熱性セグメントBとからなる合計16個のハニカムセグメントを、図9に示す配置となるように組み合わせた以外は、実施例2と同様にして、実施例12のハニカムフィルタを作製した。尚、ハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面における全てのハニカムセグメント(高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメント)の断面積に対する低耐熱性セグメントの断面積の比率は、16%であった。
(Example 12)
A total of 16 honeycomb segments consisting of 13 high heat resistant segments A and 3 low heat resistant segments B were combined in the same manner as in Example 2 except that they were combined so as to have the arrangement shown in FIG. The honeycomb filter of Example 12 was produced. The ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments (high heat-resistant segment and low heat-resistant segment) in the cross section orthogonal to the extending direction of the cells of the honeycomb filter was 16%.
(実施例13)
10個の高耐熱性セグメントAと6個の低耐熱性セグメントBとからなる合計16個のハニカムセグメントを、図10に示す配置となるように組み合わせた以外は、実施例1と同様にして、実施例13のハニカムフィルタを作製した。尚、ハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面における全てのハニカムセグメント(高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメント)の断面積に対する低耐熱性セグメントの断面積の比率は、32%であった。
(Example 13)
A total of 16 honeycomb segments consisting of 10 high heat resistant segments A and 6 low heat resistant segments B were combined in the same manner as in Example 1 except that they were combined so as to have the arrangement shown in FIG. The honeycomb filter of Example 13 was produced. The ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments (high heat-resistant segment and low heat-resistant segment) in the cross section orthogonal to the extending direction of the cells of the honeycomb filter was 32%.
(実施例14)
5個の高耐熱性セグメントAと20個の低耐熱性セグメントBとからなる合計25個のハニカムセグメントを、図11に示す配置となるように組み合わせた以外は、実施例1と同様にして、実施例14のハニカムフィルタを作製した。但し、使用したハニカムセグメントは、セルの延びる方向に直交する断面が一辺39mmの正方形であり、セルの延びる方向における長さが152mmであった。また、ハニカムフィルタは、直径が191mmで、長さが152mmであった。尚、ハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面における全てのハニカムセグメント(高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメント)の断面積に対する低耐熱性セグメントの断面積の比率は、76%であった。
(Example 14)
A total of 25 honeycomb segments consisting of 5 high heat resistant segments A and 20 low heat resistant segments B were combined in the same manner as in Example 1 except that they were combined so as to have the arrangement shown in FIG. The honeycomb filter of Example 14 was produced. However, the honeycomb segment used was a square having a cross section of 39 mm on a side orthogonal to the extending direction of the cell, and had a length of 152 mm in the extending direction of the cell. The honeycomb filter had a diameter of 191 mm and a length of 152 mm. The ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments (high heat-resistant segment and low heat-resistant segment) in the cross section orthogonal to the extending direction of the cells of the honeycomb filter was 76%.
(実施例15)
9個の高耐熱性セグメントAと16個の低耐熱性セグメントBとからなる合計25個のハニカムセグメントを、図12に示す配置となるように組み合わせた以外は、実施例1と同様にして、実施例15のハニカムフィルタを作製した。但し、使用したハニカムセグメントは、セルの延びる方向に直交する断面が一辺39mmの正方形であり、セルの延びる方向における長さが152mmであった。また、ハニカムフィルタは、直径が191mmで、長さが152mmであった。尚、ハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面における全てのハニカムセグメント(高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメント)の断面積に対する低耐熱性セグメントの断面積の比率は、56%であった。
(Example 15)
A total of 25 honeycomb segments consisting of 9 high heat resistant segments A and 16 low heat resistant segments B were combined in the same manner as in Example 1 except that they were combined so as to have the arrangement shown in FIG. The honeycomb filter of Example 15 was produced. However, the honeycomb segment used was a square having a cross section of 39 mm on a side orthogonal to the extending direction of the cell, and had a length of 152 mm in the extending direction of the cell. The honeycomb filter had a diameter of 191 mm and a length of 152 mm. The ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments (high heat-resistant segment and low heat-resistant segment) in the cross section orthogonal to the extending direction of the cells of the honeycomb filter was 56%.
(比較例1)
16個のハニカムセグメントが全て低耐熱性セグメントである以外は、実施例1と同様にして、比較例1のハニカムフィルタを作製した。
(Comparative Example 1)
A honeycomb filter of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that all 16 honeycomb segments were low heat resistant segments.
(比較例2)
12個の高耐熱性セグメントAと4個の低耐熱性セグメントBとからなる合計16個のハニカムセグメントを、図15に示す配置となるように組み合わせた以外は、実施例1と同様にして、比較例2のハニカムフィルタを作製した。比較例2のハニカムフィルタは、4個の内側セグメントが低耐熱性セグメントBで、12個の外側セグメントが高耐熱性セグメントAである。
(Comparative Example 2)
A total of 16 honeycomb segments consisting of 12 high heat resistant segments A and 4 low heat resistant segments B were combined in the same manner as in Example 1 except that they were combined so as to have the arrangement shown in FIG. The honeycomb filter of Comparative Example 2 was produced. In the honeycomb filter of Comparative Example 2, four inner segments are low heat resistant segments B, and twelve outer segments are high heat resistant segments A.
(比較例3)
酸化処理の条件を調整することにより、高耐熱性セグメントの保護層の珪素と酸素との含有量を表1に示す値に変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例3のハニカムフィルタを作製した。
(Comparative Example 3)
Honeycomb of Comparative Example 3 in the same manner as in Example 1 except that the content of silicon and oxygen in the protective layer of the highly heat-resistant segment was changed to the value shown in Table 1 by adjusting the conditions of the oxidation treatment. A filter was prepared.
(比較例4)
4個の高耐熱性セグメントAの代わりに、4個の低耐熱性セグメントを用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例4のハニカムフィルタを作製した。但し、この4個の低耐熱性セグメントは、隔壁の表面に、厚さが0.3μmで、51質量%の珪素と43質量%の酸素とを含むSiO2質の保護層(酸化膜)を形成したものである。尚、残りの12個の低耐熱性セグメントBは、酸化処理を施しておらず、隔壁の表面に保護層が形成されていないものである。
(Comparative Example 4)
A honeycomb filter of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that four low heat resistant segments were used instead of the four high heat resistant segments A. However, this four low heat resistance segment, to the surface of the partition wall, in the 0.3μm thick, SiO 2 quality protective layer containing a 51% by weight of silicon and 43 wt% oxygen (oxide film) It is formed. The remaining 12 low heat-resistant segments B are not oxidized and have no protective layer formed on the surface of the partition wall.
(比較例5)
16個のハニカムセグメントが全て高耐熱性セグメントである以外は、実施例1と同様にして、比較例5のハニカムフィルタを作製した。
(Comparative Example 5)
The honeycomb filter of Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that all 16 honeycomb segments were high heat resistant segments.
(比較例6)
1個の高耐熱性セグメントAと24個の低耐熱性セグメントBとからなる合計25個のハニカムセグメントを、図14に示す配置となるように組み合わせた以外は、実施例1と同様にして、比較例6のハニカムフィルタを作製した。但し、使用したハニカムセグメントは、セルの延びる方向に直交する断面が一辺39mmの正方形であり、セルの延びる方向における長さが152mmであった。また、ハニカムフィルタは、直径が191mmで、長さが152mmであった。尚、ハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する断面における全てのハニカムセグメント(高耐熱性セグメント及び低耐熱性セグメント)の断面積に対する低耐熱性セグメントの断面積の比率は、95%であった。
(Comparative Example 6)
A total of 25 honeycomb segments consisting of one high heat resistant segment A and 24 low heat resistant segments B were combined in the same manner as in Example 1 except that they were combined so as to have the arrangement shown in FIG. The honeycomb filter of Comparative Example 6 was produced. However, the honeycomb segment used was a square having a cross section of 39 mm on a side orthogonal to the extending direction of the cell, and had a length of 152 mm in the extending direction of the cell. The honeycomb filter had a diameter of 191 mm and a length of 152 mm. The ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments (high heat-resistant segment and low heat-resistant segment) in the cross section orthogonal to the extending direction of the cells of the honeycomb filter was 95%.
(評価)
上記のようにして作製された実施例1〜15及び比較例1〜6のハニカムフィルタについて、下記に示す方法により、「PM堆積限界」、「圧力損失の検知性能」及び[総合判定]の各評価を行った。その結果を表2に示す。
(evaluation)
With respect to the honeycomb filters of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 6 produced as described above, each of "PM deposition limit", "pressure loss detection performance" and [comprehensive judgment] was performed by the methods shown below. Evaluation was performed. The results are shown in Table 2.
[PM堆積限界]
まず、排気量3000cc、直列6気筒のコモンレール式直噴ディーゼルエンジンから排出される排ガスをハニカムフィルタに流入させて、ハニカムフィルタ内にPMを6g/L堆積させた。次いで、上記ディーゼルエンジンの排気系に酸化触媒を設置し、その下流に、上記のようにしてPMを堆積させたハニカムフィルタを設置した。次に、上記ディーゼルエンジンをエンジン回転数2000rpm、エンジントルク178N・mに保った状態でポスト噴射を行い、ハニカムフィルタへ流入する排ガスの温度が600℃に達した後、アイドル状態に切り換えて、ハニカムフィルタの強制再生を行った。その後、ハニカムフィルタを取り外し、X線CTスキャナによってハニカムフィルタのクラックの有無を観察した。ハニカムフィルタ内のPMの堆積量を次第に増加させて、この操作を繰り返し行い、ハニカムフィルタにクラックが発生しない最大のPM堆積量を調べた。評価は、比較例5のハニカムフィルタを基準とした。例えば、表2中の「−1g/L」は、ハニカムフィルタにクラックが発生しない最大のPM堆積量が、比較例5と比べて、1g/L少なかったことを示している。ハニカムフィルタにクラックが発生しない最大のPM堆積量が、比較例5と同等だった場合を「A」とし、比較例5よりも少ないが、比較例5との差が1g/L以下であった場合を「B」とし、比較例5との差が1g/Lを超えていた場合を「C」とした。
[PM deposition limit]
First, the exhaust gas discharged from the in-line 6-cylinder common rail direct-injection diesel engine having a displacement of 3000 cc was allowed to flow into the honeycomb filter, and 6 g / L of PM was deposited in the honeycomb filter. Next, an oxidation catalyst was installed in the exhaust system of the diesel engine, and a honeycomb filter on which PM was deposited as described above was installed downstream thereof. Next, post-injection is performed with the diesel engine maintained at an engine speed of 2000 rpm and an engine torque of 178 Nm. After the temperature of the exhaust gas flowing into the honeycomb filter reaches 600 ° C., the diesel engine is switched to an idle state to perform honeycomb. Forced regeneration of the filter was performed. Then, the honeycomb filter was removed, and the presence or absence of cracks in the honeycomb filter was observed with an X-ray CT scanner. The amount of PM deposited in the honeycomb filter was gradually increased, and this operation was repeated to investigate the maximum amount of PM deposited in the honeycomb filter without cracking. The evaluation was based on the honeycomb filter of Comparative Example 5. For example, "-1 g / L" in Table 2 indicates that the maximum amount of PM deposited without cracking in the honeycomb filter was 1 g / L less than that of Comparative Example 5. The case where the maximum amount of PM deposited without cracking in the honeycomb filter was the same as that of Comparative Example 5 was regarded as "A", which was smaller than that of Comparative Example 5, but the difference from Comparative Example 5 was 1 g / L or less. The case was designated as "B", and the case where the difference from Comparative Example 5 exceeded 1 g / L was designated as "C".
[圧力損失の検知性能]
まず、排気量3000cc、直列6気筒のコモンレール式直噴ディーゼルエンジンから排出される排ガスをハニカムフィルタに流入させて、ハニカムフィルタ内にPMを堆積させた。PMの堆積量は、上記PM堆積限界において調べた、「ハニカムフィルタにクラックが発生しない最大のPM堆積量」よりも多い量とした。次いで、上記ディーゼルエンジンの排気系に酸化触媒を設置し、その下流に、上記のようにしてPMを堆積させたハニカムフィルタを設置した。次に、上記ディーゼルエンジンをエンジン回転数2000rpm、エンジントルク178N・mに保った状態でポスト噴射を行い、ハニカムフィルタへ流入する排ガスの温度が600℃に達した後、アイドル状態に切り換えて、ハニカムフィルタの強制再生を行った。そして、この強制再生時におけるハニカムフィルタの圧力損失の変化を調べた。この強制再生時において、ハニカムフィルタを構成する一部のハニカムセグメントに、ファイバー化による変形が生じた場合には、図16のグラフに矢印で示したように、圧力損失が一時的に上昇する。これは、ファイバー化による変形により、流路(セル)が狭まるためである。一方、ハニカムフィルタを構成するハニカムセグメントにファイバー化による変形が生じなかった場合には、図17に示すように、強制再生によるPMの燃焼が進行するのに伴って、圧力損失はなだらかに低下する。即ち、ハニカムフィルタが、クラックが発生するレベルの温度に達した時に、一部のハニカムセグメントに、ファイバー化による変形が生じるハニカムフィルタは、圧力損失の変化を調べることにより、クラックの発生を検知することができる。図16に示すような圧力損失の一時的な上昇が顕著に現れた場合を「A」とし、顕著ではないが、圧力損失の一時的な上昇を確認できた場合を「B」とし、圧力損失の一時的な上昇を確認できなかった場合を「C」とした。
[Pressure loss detection performance]
First, the exhaust gas discharged from the in-line 6-cylinder common rail direct-injection diesel engine having a displacement of 3000 cc was allowed to flow into the honeycomb filter, and PM was deposited in the honeycomb filter. The amount of PM deposited was set to be larger than the "maximum amount of PM deposited without cracking in the honeycomb filter" examined at the above PM deposition limit. Next, an oxidation catalyst was installed in the exhaust system of the diesel engine, and a honeycomb filter on which PM was deposited as described above was installed downstream thereof. Next, post-injection is performed with the diesel engine maintained at an engine speed of 2000 rpm and an engine torque of 178 Nm. After the temperature of the exhaust gas flowing into the honeycomb filter reaches 600 ° C., the diesel engine is switched to an idle state to perform honeycomb. Forced regeneration of the filter was performed. Then, the change in the pressure loss of the honeycomb filter during this forced regeneration was investigated. During this forced regeneration, if some of the honeycomb segments constituting the honeycomb filter are deformed due to fiber formation, the pressure loss temporarily increases as shown by the arrows in the graph of FIG. This is because the flow path (cell) is narrowed due to the deformation due to fiber formation. On the other hand, when the honeycomb segments constituting the honeycomb filter are not deformed due to fiber formation, as shown in FIG. 17, the pressure loss gradually decreases as the combustion of PM due to forced regeneration progresses. .. That is, when the honeycomb filter reaches a temperature at which cracks occur, some of the honeycomb segments are deformed due to fiber formation. The honeycomb filter detects the occurrence of cracks by examining the change in pressure loss. be able to. A case where a temporary increase in pressure loss as shown in FIG. 16 appears remarkably is defined as "A", and a case where a temporary increase in pressure loss can be confirmed, although not remarkably, is defined as "B". The case where a temporary increase in the pressure was not confirmed was defined as "C".
[総合判定]
「PM堆積限界」及び「圧力損失の検知性能」の両方が「A」である場合を「A」とした。「PM堆積限界」及び「圧力損失の検知性能」の両方が「B」である場合と、何れか一方が「A」で他方が「B」である場合とを「B」とした。「PM堆積限界」及び「圧力損失の検知性能」の内の、少なくとも一方が「C」である場合を「C」とした。
[Comprehensive judgment]
The case where both "PM deposition limit" and "pressure loss detection performance" were "A" was defined as "A". The case where both the "PM deposition limit" and the "pressure loss detection performance" are "B" and the case where one of them is "A" and the other is "B" are defined as "B". The case where at least one of the "PM deposition limit" and the "pressure loss detection performance" was "C" was defined as "C".
(考察)
表2に示すとおり、本発明の実施例である実施例1〜15は、総合判定が「A」又は[B]であった。ハニカムフィルタが低耐熱性セグメントのみで構成されている比較例1及び4は、「PM堆積限界」が「C」であり、ハニカムフィルタ全体としての耐熱性が不十分であった。高耐熱性セグメントの保護層に含まれる珪素と酸素との含有量が、それぞれ40質量%未満である比較例3も、「PM堆積限界」が「C」であり、ハニカムフィルタ全体としての耐熱性が不十分であった。ハニカムフィルタが高耐熱性セグメントのみで構成されている比較例5は、「圧力損失の検知性能」が「C」であり、圧力損失の変化を調べることによって、クラックの発生を検知することは困難なものであった。低耐熱性セグメントの断面積の比率が76%を超える比較例6は、「PM堆積限界」が「C」であり、ハニカムフィルタ全体としての耐熱性が不十分であった。また、この比較例6は、「圧力損失の検知性能」も「C」であり、圧力損失の変化を調べることによって、クラックの発生を検知することは困難なものであった。更に、内側セグメントを低耐熱性セグメントとし、外側セグメントを高耐熱性セグメントとした比較例2についても、「PM堆積限界」が「C」であり、ハニカムフィルタ全体としての耐熱性が不十分であった。
(Discussion)
As shown in Table 2, in Examples 1 to 15 which are the examples of the present invention, the comprehensive judgment was "A" or [B]. In Comparative Examples 1 and 4 in which the honeycomb filter was composed of only low heat resistance segments, the "PM deposition limit" was "C", and the heat resistance of the honeycomb filter as a whole was insufficient. In Comparative Example 3 in which the contents of silicon and oxygen contained in the protective layer of the highly heat-resistant segment are less than 40% by mass, the “PM deposition limit” is “C”, and the heat resistance of the honeycomb filter as a whole is high. Was inadequate. In Comparative Example 5 in which the honeycomb filter is composed of only high heat resistant segments, the “pressure loss detection performance” is “C”, and it is difficult to detect the occurrence of cracks by examining the change in pressure loss. It was something like that. In Comparative Example 6 in which the ratio of the cross-sectional area of the low heat resistance segment exceeded 76%, the “PM deposition limit” was “C”, and the heat resistance of the entire honeycomb filter was insufficient. Further, in Comparative Example 6, the “pressure loss detection performance” was also “C”, and it was difficult to detect the occurrence of cracks by examining the change in pressure loss. Further, also in Comparative Example 2 in which the inner segment is a low heat resistant segment and the outer segment is a high heat resistant segment, the “PM deposition limit” is “C”, and the heat resistance of the entire honeycomb filter is insufficient. rice field.
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質等を除去するためのハニカムフィルタとして、好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used as a honeycomb filter for removing particulate matter and the like in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine.
1:隔壁、2:セル、2a:出口目封止セル、2b:入口目封止セル、3:目封止部、4:ハニカム構造部、5:保護層、6:保護層、7:ハニカムセグメント、7a:内側セグメント、7b:外側セグメント、8:接合材、9:外周コート層、11:流入端面、12:流出端面、13:円、100:ハニカムフィルタ、200,300:ハニカムフィルタ、A:高耐熱性セグメント、B:低耐熱性セグメント、G:重心、O:中心。 1: Partition, 2: Cell, 2a: Outlet sealing cell, 2b: Inlet sealing cell, 3: Eye sealing, 4: Honeycomb structure, 5: Protective layer, 6: Protective layer, 7: Honeycomb Segment, 7a: Inner segment, 7b: Outer segment, 8: Bonding material, 9: Outer coat layer, 11: Inflow end face, 12: Outflow end face, 13: Circle, 100: Honeycomb filter, 200, 300: Honeycomb filter, A : High heat resistance segment, B: Low heat resistance segment, G: Center of gravity, O: Center.
Claims (5)
前記ハニカムセグメントは、流体が流入する側の端面である流入端面から流体が流出する側の端面である流出端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、複数の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何れか一方の端部に配設された目封止部と、を備えたものであり、
複数個のハニカムセグメントは、前記セルの延びる方向と垂直の方向において組み合わせられ、接合一体化したものであり、
前記ハニカム構造部は、炭化珪素からなる骨材と、前記骨材同士を結合する結合材とから構成されており、
前記ハニカムフィルタの前記セルの延びる方向に直交する断面において、当該断面の重心を中心とする直径3.6cmの円内に少なくともその一部が含まれる前記ハニカムセグメントを内側セグメントとし、それ以外の前記ハニカムセグメントを外側セグメントとし、
前記外側セグメントの内の少なくとも1つは、前記隔壁の表面に、厚さ0.3μm以下の保護層を有するか、保護層を有さない低耐熱性セグメントであり、
前記内側セグメント及び前記外側セグメントの内、前記低耐熱性セグメント以外のものは、前記隔壁の表面に厚さ0.5〜7.3μmの保護層を有する高耐熱性セグメントであり、
前記保護層は、40質量%以上の珪素と40質量%以上の酸素とを含む層であり、
前記ハニカムフィルタの前記セルの延びる方向に直交する断面における全ての前記ハニカムセグメントの断面積に対する前記低耐熱性セグメントの断面積の比率が、16〜76%であるハニカムフィルタ。 A honeycomb filter composed of a plurality of honeycomb segments.
The honeycomb segment is a honeycomb having a porous partition wall that partitions a plurality of cells serving as a flow path of the fluid extending from the inflow end face, which is the end face on the fluid inflow side, to the outflow end face, which is the end face on the fluid outflow side. It is provided with a structural portion and a mesh sealing portion disposed at either end of the inflow end face side or the outflow end face side of the plurality of cells.
The plurality of honeycomb segments are combined in a direction perpendicular to the extending direction of the cell, and are joined and integrated.
The honeycomb structure is composed of an aggregate made of silicon carbide and a binder that binds the aggregates together.
In a cross section orthogonal to the extending direction of the cell of the honeycomb filter, the honeycomb segment having at least a part thereof in a circle having a diameter of 3.6 cm centered on the center of gravity of the cross section is defined as an inner segment, and the other said. The honeycomb segment is the outer segment
At least one of the outer segments is a low heat resistant segment having a protective layer having a thickness of 0.3 μm or less or having no protective layer on the surface of the partition wall.
Among the inner segment and the outer segment, those other than the low heat resistant segment are high heat resistant segments having a protective layer having a thickness of 0.5 to 7.3 μm on the surface of the partition wall.
The protective layer is a layer containing 40% by mass or more of silicon and 40% by mass or more of oxygen.
A honeycomb filter in which the ratio of the cross-sectional area of the low heat-resistant segment to the cross-sectional area of all the honeycomb segments in the cross section orthogonal to the extending direction of the cell of the honeycomb filter is 16 to 76%.
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