JP2003260316A

JP2003260316A - 内燃機関の排気浄化材の製造方法

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Publication number: JP2003260316A
Application number: JP2002067286A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ito; 和浩伊藤; Shinya Hirota; 信也広田; Takamitsu Asanuma; 孝充浅沼; Koichi Kimura; 光壱木村; Toshisuke Toshioka; 俊祐利岡; Koichiro Nakatani; 好一郎中谷; Akira Kenjo; 晃見上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2003-09-16
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: JP3945275B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路内に配置される排気浄化
材の各排気流通路の塞がれるべき端部に比較的小さい孔
を形成する。【解決手段】多孔質材料からなる隔壁２によって画成
された複数の排気流通路３，４を有する基材１０の該排
気流通路のうちの少なくとも一部の排気流通路の一方の
端部の開口を塞ぐことによって、内燃機関の排気通路に
配置される排気浄化材１を製造する。塞ぐべき開口を画
成する隔壁を寄せ集めてこれら隔壁同士を部分的に接続
することによって、当該塞ぐべき開口の開口面積よりも
小さく且つ隔壁の細孔の平均細孔径よりも大きい開口面
積を有する小孔５，７を残しつつ当該塞ぐべき開口を部
分的に塞ぐ閉塞工程を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガス中の微
粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ（以
下、単にフィルタと称す）が、特表平８−５０６１９９
号公報に開示されている。当該公報に記載のフィルタ
は、多孔質材料からなる隔壁によってそれぞれ画成され
る複数の排気流通路を有し、これら排気流通路のうちの
約半数の排気流通路では、一方の端部の開口が塞がれて
おり、残りの約半数の排気流通路では、他方の端部の開
口が塞がれている。このように各排気流通路の端部の開
口を塞ぐことによって、フィルタに流入した排気ガスが
必ず隔壁の細孔内を通過するようにしている。これによ
れば、フィルタの微粒子捕集率が向上する。

【０００３】また、上記フィルタでは、隔壁の端部を互
いに寄せ集めてこれら端部同士を接続することによっ
て、各排気流通路の端部の開口が塞がれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記フィル
タのように、各排気流通路が完全に塞がれていると、フ
ィルタによる排気ガスの圧力損失（以下、単にフィルタ
の圧損と称す）が高くなる。こうしたフィルタの圧損の
上昇を抑制するためには、各排気流通路において、塞が
れている端部に比較的小さい孔を設けることが考えられ
る。このように各排気流通路において塞がれている端部
に比較的小さい孔を設けることは、微粒子を捕集するた
めのフィルタのみならず、機関排気通路内に配置される
排気浄化フィルタや排気浄化触媒といった排気浄化材に
対しても、その圧損の上昇を抑制するという観点におい
て有効である。そこで、本発明の目的は、内燃機関の排
気通路内に配置される排気浄化材の各排気流通路の塞が
れるべき端部に比較的小さい孔を形成することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、１番目の発明では、多孔質材料からなる隔壁によっ
て画成された複数の排気流通路を有する基材の該排気流
通路のうちの少なくとも一部の排気流通路の一方の端部
の開口を塞ぐことによって、内燃機関の排気通路に配置
される排気浄化材を製造するための製造方法において、
塞ぐべき開口を画成する隔壁を寄せ集めてこれら隔壁同
士を部分的に接続することによって、当該塞ぐべき開口
の開口面積よりも小さく且つ隔壁の細孔の平均細孔径よ
りも大きい開口面積を有する小孔を残しつつ当該塞ぐべ
き開口を部分的に塞ぐ閉塞工程を具備する。後述する実
施形態において、排気浄化材は、パティキュレートフィ
ルタに相当する。

【０００６】２番目の発明では、１番目の発明におい
て、上記閉塞工程が、塞ぐべき開口を画成する隔壁を寄
せ集めてこれら隔壁同士を小孔を残しつつ接続すること
によって、当該塞ぐべき開口を部分的に塞ぐ同時閉塞工
程を具備する。

【０００７】３番目の発明では、２番目の発明におい
て、上記同時閉塞工程では、基材の端面に向かって徐々
に広がる空間を画成する壁面と、前記空間の最も奥に位
置する壁面から基材の端面に向かって延びるピンとを有
する装置を基材の端面に押し付けることによって、塞ぐ
べき開口を画成する隔壁を寄せ集めてこれら隔壁同士が
小孔を残しつつ接続される。

【０００８】４番目の発明では、１番目の発明におい
て、上記閉塞工程が、塞ぐべき開口を画成する隔壁を寄
せ集めてこれら隔壁同士を接続することによって、当該
塞ぐべき開口を完全に塞ぐ完全閉塞工程と、該完全閉塞
工程によって開口を完全に塞ぐように寄せ集められて互
いに接続せしめられた隔壁の先端頂部に小孔を形成する
小孔形成工程とを具備する。

【０００９】５番目の発明では、４番目の発明におい
て、上記小孔形成工程では、寄せ集められて互いに接続
せしめられた隔壁の先端頂部を削ることによって、該隔
壁の先端頂部に小孔が形成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図１は、本発明の製造方法によって製造される
パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称
す）を示す。図１（Ａ）はフィルタの端面図であり、図
１（Ｂ）はフィルタの縦断面図である。図１（Ａ）およ
び図１（Ｂ）に示したように、フィルタ１はハニカム構
造をなす隔壁２を有する。隔壁２はコージェライトのよ
うな多孔質材料からなる。フィルタ１は内燃機関の排気
通路内に配置され、そこに流入する排気ガス中の微粒子
を捕集する。なお、本発明は、こうしたフィルタのみな
らず、排気ガス中の特定成分を捕集するために内燃機関
の排気通路内に配置される排気浄化フィルタや、排気ガ
ス中の特定成分を浄化するために内燃機関の排気通路内
に配置される排気浄化触媒にも適用可能である。

【００１１】隔壁２は互いに平行をなして延びる複数個
の排気流通路３，４を画成する。これら排気流通路の略
半数が排気流入通路３を構成し、残りの略半数が排気流
出通路４を構成する。排気流入通路３には、４つの排気
流出通路４が隣接する。一方、排気流出通路４には、４
つの排気流入通路３が隣接する。

【００１２】本実施例では、排気流通路のうち一部の排
気流通路３では、その下流端の開口が小孔５を残してテ
ーパ壁６により部分的に閉塞されており、一方、残りの
排気流通路４では、その上流端の開口が小孔７を残して
テーパ壁８により部分的に閉塞されている。詳細には、
排気流入通路３では、その下流端の開口が小孔５を有す
るテーパ壁６によって部分的に閉塞されており、一方、
排気流出通路４では、その上流端の開口が小孔７を有す
るテーパ壁８によって部分的に閉塞されている。ここ
で、小孔５，７の開口面積は、テーパ壁６，８によって
閉塞される前の排気流通路３，４の開口の開口面積より
も小さく、且つ、テーパ壁６，８、すなわち、隔壁の細
孔の平均開口面積（平均細孔径）よりも大きい。

【００１３】また、上流側のテーパ壁８は、排気流入通
路３の入口が上流へ向かって四角錐状に広がってその流
路断面積が徐々に大きくなるように、上流へ向かって四
角錐状に狭まる形状をしている。一方、下流側のテーパ
壁６は、排気流出通路４の出口が下流へ向かって四角錐
状に広がってその流路断面積が徐々に大きくなるよう
に、下流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。
なお、テーパ壁６，８はフィルタ１の外側に向かって徐
々に狭まる形状であれば、例えば、円錐状や六角錐状で
あってもよい。

【００１４】隔壁２は多孔質材料からなるので、排気流
入通路３内に流入した排気ガスは、図１（Ｂ）において
矢印で示したように、排気流入通路３周囲の隔壁２を通
って隣接する排気流出通路４内に流れ込む。もちろん、
テーパ壁６，８も隔壁２と同じ多孔質の材料からなるの
で、排気ガスは、上流側のテーパ壁８を通って排気流出
通路４内に流入することができ、また、下流側のテーパ
壁６を通って排気流入通路３から流出することができ
る。

【００１５】次に、本発明のフィルタ１を製造するため
の第１のフィルタ製造方法について説明する。始めに、
図２に示されているように、コージェライト等の多孔性
物質からハニカム構造をなす基材１０が準備される。こ
の基材１０は、隔壁２によって画成される排気流通路
３，４を有する。隔壁２は格子状をなしている。

【００１６】次いで、図２（Ｂ）に示されているよう
に、基材１０の一方の端面に、排気流通路３，４の端部
の開口を部分的に閉塞するための閉塞装置１１が押し付
けられる。閉塞装置１１の詳細は図３に示されている。
閉塞装置１１の平面図である図３（Ａ）を参照すると、
閉塞装置１１は所定の数の突起１２を有する。１つの突
起１２を取り出して示した図３（Ｂ）を参照すれば判る
ように、突起１２は実質的に正四角錐の形状をなす。こ
れら突起１２は、隣接する４つの突起１２の対応する稜
線１３が一カ所に集合するように配置されている。この
ように隣接する４つの突起１２の対応する稜線１３が集
合する領域には、それぞれピン１４が配置されている。

【００１７】閉塞装置１１は、各突起１２が隣接する排
気流通路３，４うちのいずれか一方の排気流通路３に挿
入されるように、基材１０の一方の端面に押し付けられ
る。このように、基材１０の一方の端面に閉塞装置１１
が押し付けられると、隣接する４つの突起１２の壁面に
よって、対応する隔壁２の端部分が互いに向かって寄せ
集められる。ここで、これら寄せ集められた隔壁２によ
って囲まれた領域には、閉塞装置１１のピン１４が存在
するので、ピン１４によって小孔７が残されつつ、隔壁
２の端部分同士が部分的に接続される。斯くして、小孔
７を有する上流側のテーパ壁８が形成される。

【００１８】次いで、基材１０の一方の端面に閉塞装置
１１が押し付けられたときに挿入せしめられた排気流通
路３とは異なる排気流通路４に各突起１２が挿入せしめ
られるように、基材１０の他方の端面に閉塞装置１１が
押し付けられる。斯くして、小孔５を有する下流側のテ
ーパ壁６が形成される。

【００１９】このように、本発明の第１のフィルタ製造
方法によれば、各排気流通路の端部の開口の閉塞、すな
わち、各排気流通路の端部の開口を閉塞するためのテー
パ壁の形成と、該テーパ壁への小孔の形成とが同時に行
われる。

【００２０】次に、本発明の第２のフィルタ製造方法に
ついて説明する。第２のフィルタ製造方法において使用
される閉塞装置１１は、図４に示されている開口閉塞器
具１５と、図５に示されている小孔形成器具１６とを具
備する。

【００２１】開口閉塞器具１５の平面図である図４
（Ａ）を参照すると、開口閉塞器具１５は所定の数の突
起１２を有する。図４（Ｂ）は１つの突起１２を示して
いる。図４（Ｂ）を参照すれば判るように、突起１２は
実質的に正四角錐の形状をなす。これら突起１２は、隣
接する４つの突起１２の対応する稜線１３が一カ所に集
合するように配置されている。

【００２２】一方、小孔形成器具１６の平面図である図
５（Ａ）を参照すると、小孔形成器具１６は所定の数の
ピン１４を有する。図５（Ｂ）は４つのピン１４を示し
ている。これらピン１４は、開口閉塞器具１５の隣接す
る４つの突起１２の対応する稜線１３が集合する領域に
対応する位置にそれぞれ配置されている。

【００２３】さて、第２のフィルタ製造方法では、図６
（Ａ）に示されているように、始めに、各突起１２が隣
接する排気流通路３，４のうちのいずれか一方の排気流
通路３に挿入されるように、開口閉塞器具１５が基材１
０の一方の端面に押し付けられる。このように、基材１
０の一方の端面に開口閉塞器具１５が押し付けられる
と、隣接する４つの突起１２の壁面によって、対応する
隔壁２の端部分が互いに向かって寄せ集められる。最終
的には、隔壁２の端部分同士が接続され、排気流通路３
の端部の開口はテーパ壁によって完全に閉塞される。

【００２４】次いで、図６（Ｂ）に示されているよう
に、各排気流通路３の端部の開口を完全に閉塞している
テーパ壁の先端頂部を各ピン１４が貫通するように、小
孔形成器具１６が基材１０の一方の端面に押し付けられ
る。これによって、テーパ壁の先端頂部に小孔７が形成
される。

【００２５】基材１０の他方の端面に関しても、同様な
工程が行われる。すなわち、基材１０の一方の端面に開
口閉塞器具１５が押し付けられたときに挿入せしめられ
た排気流通路３とは異なる排気流通路４に各突起１２が
挿入せしめられるように、基材１０の他方の端面に開口
閉塞器具１５が押し付けられる。これによって、排気流
通路４の端部の開口はテーパ壁によって完全に閉塞され
る。次いで、各排気流通路４の端部の開口を完全に閉塞
しているテーパ壁の先端頂部を各ピン１４が貫通するよ
うに、小孔形成器具１６が基材１０の他方の端面に押し
付けられる。これによって、テーパ壁の先端頂部に小孔
５が形成される。

【００２６】このように、本発明の第２のフィルタ製造
方法によれば、始めに、各排気流通路の端部の開口の閉
塞、すなわち、各排気流通路の端部の開口を閉塞するた
めのテーパ壁の形成が行われ、その後、テーパ壁への小
孔の形成が行われる。もちろん、第２のフィルタ製造方
法において、一方の排気流通路３の端部の開口をテーパ
壁によって完全に閉塞した後に、他方の排気流通路４の
端部の開口をテーパ壁によって完全に閉塞し、その後、
各テーパ壁に小孔を形成するようにしてもよい。

【００２７】次に、本発明の第３のフィルタ製造方法に
ついて説明する。第３のフィルタ製造方法において使用
される閉塞装置１１は、図７に示されているように、開
口閉塞器具１７と、小孔形成器具１８とを具備する。

【００２８】開口閉塞器具１７は、図４に示されている
開口閉塞器具１５と同様に、所定の数の突起１２を有す
る。また、開口閉塞器具１５と同様に、開口閉塞器具１
７の突起１２も実質的に正四角錐の形状をなし、隣接す
る４つの突起１２の対応する稜線１３が一カ所に集合す
る関係で配置されている。また、開口閉塞器具１５とは
異なり、隣接する４つの突起１２の対応する稜線１３が
一カ所に集合する領域には、貫通孔１９が形成されてい
る。

【００２９】一方、小孔形成器具１８は、図５に示され
ている開口閉塞器具１５と同様に、所定の数のピン１４
を有する。これらピン１４は、開口閉塞器具１７の貫通
孔１９に対応する位置にそれぞれ配置されている。した
がって、各ピン１４は対応する貫通孔１９内に挿入され
ることができる。

【００３０】さて、第３のフィルタ製造方法では、第２
のフィルタ製造方法と同様に、始めに、各突起１２が隣
接する排気流通路３，４のうちのいずれか一方の排気流
通路３に挿入されるように、開口閉塞器具１７が基材１
０の一方の端面に押し付けられる。これにより、排気流
通路３の端部の開口はテーパ壁によって完全に閉塞され
る。

【００３１】次いで、開口閉塞器具１７が基材１０の一
方の端面に押し付けられた状態で、ピン１４が対応する
貫通孔１９に入り込むように、小孔形成器具１８が開口
閉塞器具１７に押し付けられる。これにより、各排気流
通路３の端部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先
端頂部を各ピン１４が貫通し、テーパ壁の先端頂部に小
孔７が形成される。

【００３２】基材１０の他方の端面に関しても、同様な
工程が行われる。すなわち、第２のフィルタ製造方法と
同様に、基材１０の一方の端面に開口閉塞器具１７が押
し付けられたときに挿入せしめられた排気流通路３とは
異なる排気流通路４に各突起１２が挿入せしめられるよ
うに、基材１０の他方の端面に開口閉塞器具１７が押し
付けられる。これによって、排気流通路４の端部の開口
はテーパ壁によって完全に閉塞される。次いで、開口閉
塞器具１７が基材１０の他方の端面に押し付けられた状
態で、ピン１４が対応する貫通孔１９に入り込むよう
に、小孔形成器具１８が開口閉塞器具１７に押し付けら
れる。これにより、各排気流通路４の端部の開口を完全
に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ピン１４が貫通
し、テーパ壁の先端頂部に小孔５が形成される。

【００３３】このように、本発明の第３のフィルタ製造
方法によれば、第２のフィルタ製造方法と同様に、始め
に、各排気流通路の端部の開口の閉塞、すなわち、各排
気流通路の端部の開口を閉塞するためのテーパ壁の形成
が行われ、その後、テーパ壁への小孔の形成が行われ
る。なお、第３のフィルタ製造方法によれば、基材１０
の端面に形成されたテーパ壁が開口閉鎖器具１７によっ
て押さえ付けられた状態にて、小孔形成器具１８によっ
て、当該テーパ壁に小孔が形成されることから、小孔形
成器具１８のピン１４がテーパ壁に押し付けられたとき
にテーパ壁が損傷することが抑制される。

【００３４】また、第２のフィルタ製造方法では、テー
パ壁が形成された後に、小孔形成器具１６を基材の端面
に押し付けられることによって小孔が形成されるので、
小孔形成器具１６を基材１０の端面に押し付ける前に、
小孔形成器具１６の各ピン１４が各テーパ壁の先端頂部
に対応するように、小孔形成器具１６を正確に位置決め
しておかなければならない。これは非常に煩雑な作業で
ある。これに対し、第３のフィルタ製造方法によれば、
単に、開口閉塞器具１７の各貫通孔１９に小孔形成器具
１８のピン１４を通すことによって、テーパ壁に小孔が
形成されるので、小孔形成器具１８によって小孔を形成
するときに、小孔形成器具１８の各ピン１４が各テーパ
壁の先端頂部に対応するように小孔形成器具１８を位置
決めするという工程が省略される。

【００３５】次に、本発明の第４のフィルタ製造方法に
ついて説明する。第４のフィルタ製造方法において使用
される閉塞装置１１は、図４に示されている開口閉塞器
具１５と、図８の平面図に示されている小孔形成器具２
０とを具備する。開口閉塞器具１５の構成は、既に、第
２のフィルタ製造方法に関連して説明されているので、
ここではその説明は省略する。小孔形成器具２０の詳細
は図９に示されている。

【００３６】図９（Ａ）は端壁面２１を排除された小孔
形成器具２０を示す平面図である。図９（Ａ）を参照す
ると判るように、小孔形成器具２０は所定の数のドリル
部材２２を有する。１つのドリル部材２２を示す図９
（Ｂ）を参照すると判るように、ドリル部材２２は歯車
２３と、この歯車２３の中心から当該歯車の壁面に対し
て垂直に延びるドリル２４とを有する。

【００３７】図９（Ａ）に示されているように、各ドリ
ル部材２２は中間歯車２５に噛合しており、隣接する２
つのドリル部材２２は中間歯車２５によって連結されて
いる。また、特定の１つのドリル部材２２には、駆動歯
車２６が噛合されている。駆動歯車２６は例えば電気モ
ータなどの適切な駆動手段によって回転駆動せしめられ
ることが可能となっている。小孔形成器具２０は、駆動
歯車２６が回転駆動せしめられると、この駆動歯車２６
に噛合しているドリル部材２２が回転駆動せしめられ、
そして、このドリル部材２２の回転が中間歯車２６およ
び残りのドリル部材２２を介して残りのドリル部材２２
に伝達されて、結果的に、全てのドリル部材２２のドリ
ル２４がその長手軸線周りで回転駆動せしめられるよう
になっている。

【００３８】なお、ドリル部材２２のドリル２４は小孔
形成器具２０の端壁面から突出し、このようにドリル２
４が突出する位置は図５に示されている小孔形成器具１
６においてピン１４が配置されている位置に一致する。

【００３９】さて、第４のフィルタ製造方法では、第２
のフィルタ製造方法と同様に、図４に示されている開口
閉塞器具１５が基材１０の一方の端面に押し付けられ、
排気流通路３の端部の開口がテーパ壁によって完全に閉
塞される。次いで、小孔形成器具２０の駆動歯車２６が
回転駆動せしめられ、各排気流通路３の端部の開口を完
全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ドリル部材２
２のドリル２４が貫通するように、小孔形成器具２０が
基材１０の一方の端面に押し付けられる。斯くして、回
転するドリル２４によって、テーパ壁の先端頂部に小孔
７が形成される。

【００４０】基材１０の他方の端面に関しても、同様な
工程が行われる。すなわち、第２のフィルタ製造方法と
同様に、基材１０の他方の端面に開口閉塞器具１５が押
し付けられ、排気流通路４の端部の開口がテーパ壁によ
って完全に閉塞される。次いで、小孔形成器具２０の駆
動歯車２６が回転駆動せしめられ、各排気流通路４の端
部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各
ドリル部材２２のドリル２４が貫通するように、小孔形
成器具２０が基材１０の他方の端面に押し付けられる。
斯くして、回転するドリル２４によって、テーパ壁の先
端頂部に小孔５が形成される。

【００４１】第４のフィルタ製造方法によれば、回転す
るドリル２４によってテーパ壁の先端頂部に小孔が形成
されるので、上述した他のフィルタ製造方法におけるよ
うに、単に、ピンを押し込むことによって小孔をテーパ
壁の先端頂部に形成する場合に比べて、小孔を形成する
ときのテーパ壁の損傷が抑制される。

【００４２】次に、本発明の第５のフィルタ製造方法に
ついて説明する。第５のフィルタ製造方法において使用
される閉塞装置１１は、図４に示されている開口閉塞器
具１５と、図１０の平面図に示されている小孔形成器具
２７とを具備する。開口閉塞器具１５の構成は、既に、
第２のフィルタ製造方法に関連して説明されているの
で、ここではその説明は省略する。なお、図１０（Ａ）
に示されている小孔形成器具２７では、図１０（Ｂ）に
は示されている端壁２８が省略されている。

【００４３】図１０（Ａ）を参照すると判るように、小
孔形成器具２７は所定の数のドリル部材２９を有する。
図１０（Ｂ）を参照すると判るように、ドリル部材２９
は球体３０と、この球体３０から延びるドリル３１とを
有する。

【００４４】図１０（Ｂ）に示されているように、小孔
形成器具２７の円盤状の本体３２には、本体３２の中心
を中心として環状の複数の溝３３が形成されている。ま
た、本体３２は、電気モータなどの適切な手段によっ
て、図１０（Ｂ）に示されている回転軸線Ａ周りで回転
駆動せしめられることが可能となっている。

【００４５】ところで、ドリル部材２９の球体３０は溝
３３を画成する側壁面に接するように対応する溝３３内
に収容される。また、ドリル部材２９のドリル３１は小
孔形成器具２７の端壁２８から突出し、このようにドリ
ル３１が突出する位置は図５に示されている小孔形成器
具１６においてピン１４が配置されている位置に一致す
る。

【００４６】小孔形成器具２７は、その本体３２が回転
駆動せしめられると、各ドリル部材２９の球体３０が本
体２８の溝３３の側壁面によって回転せしめられ、結果
的に、ドリル部材２９のドリル３１がその長手軸線周り
で回転せしめられるようになっている。

【００４７】なお、ドリル部材２９の球体３０をかさ歯
歯車とし、且つ、溝３３を画成する側壁面にかさ歯を形
成し、ドリル部材２９のかさ歯歯車を溝３３の側壁面の
かさ歯に噛合させ、本体３２が回転駆動せしめられると
各ドリル部材２９のかさ歯歯車が本体３２によって回転
せしめられるように小孔形成器具２７を構成してもよ
い。

【００４８】さて、第５のフィルタ製造方法では、第２
のフィルタ製造方法と同様に、図４に示されている開口
閉塞器具１５が基材１０の一方の端面に押し付けられ、
排気流通路３の端部の開口がテーパ壁によって完全に閉
塞される。次いで、小孔形成器具２７の本体３２が回転
駆動せしめられ、各排気流通路３の端部の開口を完全に
閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ドリル部材２９の
ドリル３１が貫通するように、小孔形成器具２７が基材
１０の一方の端面に押し付けられる。斯くして、回転す
るドリル３１によって、テーパ壁の先端頂部に小孔７が
形成される。

【００４９】基材１０の他方の端面に関しても、同様な
工程が行われる。すなわち、第２のフィルタ製造方法と
同様に、基材１０の他方の端面に開口閉塞器具１５が押
し付けられ、排気流通路４の端部の開口がテーパ壁によ
って完全に閉塞される。次いで、小孔形成器具２７の本
体３２が回転駆動せしめられ、各排気流通路４の端部の
開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ドリ
ル部材２９のドリル３１が貫通するように、小孔形成器
具２７が基材１０の他方の端面に押し付けられる。斯く
して、回転するドリル３１によって、テーパ壁の先端頂
部に小孔５が形成される。

【００５０】次に、本発明の第６のフィルタ製造方法に
ついて説明する。第５のフィルタ製造方法において使用
される閉塞装置１１は、図４に示されている開口閉塞器
具１５と、図１１（Ｂ）に示されている小孔形成器具３
４とを具備する。開口閉塞器具１５の構成は、既に、第
２のフィルタ製造方法に関連して説明されているので、
ここではその説明は省略する。

【００５１】小孔形成器具３４は、開口閉塞器具１５の
直径とほぼ等しい直径を有する円盤状の器具である。ま
た、小孔形成器具３４は、本体３５と、この本体３５に
取り付けられた切削層３６とを有する。切削層３６は、
基材１０のテーパ壁を削ることができる研磨材からな
る。また、小孔形成器具３４は、例えば電気モータなど
の適切な駆動手段によって回転軸線Ｂ周りで回転可能と
されている。

【００５２】さて、第６のフィルタ製造方法では、第２
のフィルタ製造方法と同様に、図４に示されている開口
閉塞器具１５が、図１１（Ａ）に示されているように、
基材１０の一方の端面に押し付けられ、排気流通路３の
端部の開口がテーパ壁によって完全に閉塞される。次い
で、小孔形成器具３５が回転軸線Ｂ周りで回転せしめら
れ、基材１０の一方の端面に押し付けられる。これによ
って、小孔形成器具３５の切削層３６が基材１０に形成
されているテーパ壁の先端頂部に押し付けられ、当該テ
ーパ壁の先端頂部が切削層３６によって削られる。斯く
して、テーパ壁の先端頂部に小孔７が形成される。

【００５３】基材１０の他方の端面に関しても、同様な
工程が行われる。すなわち、第２のフィルタ製造方法と
同様に、基材１０の他方の端面に開口閉塞器具１５が押
し付けられ、排気流通路４の端部の開口がテーパ壁によ
って完全に閉塞される。次いで、小孔形成器具３５が回
転軸線Ｂ周りで回転せしめられ、基材１０の他方の端面
に押し付けられる。斯くして、テーパ壁の先端頂部に小
孔５が形成される。

【００５４】なお、上述したフィルタ製造方法には、共
通して、全ての小孔５，６の開口面積を所望の開口面積
とすることができるという利点、すなわち、テーパ壁
６，８に形成される小孔５，７の開口面積にバラツキが
生じることが抑制されるという利点がある。小孔５，７
の開口面積は、フィルタ１の圧損と微粒子捕集率とに影
響する。すなわち、小孔５，７の開口面積が変われば、
フィルタ１の圧損と微粒子捕集率も変わってしまう。し
たがって、上述したフィルタ製造方法によって、小孔の
開口面積が確実に所望の開口面積とされれば、フィルタ
１の圧損値と微粒子捕集率とが所望の値となる。

【００５５】また、一般的に、フィルタの微粒子捕集率
の向上と圧損上昇の抑制とは背反事項であり、したがっ
て、フィルタの圧損を低下させようとすれば、フィルタ
の微粒子捕集率も低下してしまう。しかしながら、本実
施形態のフィルタには、従来のフィルタに比べて、その
微粒子捕集率はさほど変わらないものの、その圧損が格
段に低いという利点がある。すなわち、本実施形態のフ
ィルタでは、その微粒子捕集率が高く、且つ、その圧損
が低い。以下、本実施形態のフィルタにおいて、微粒子
捕集率が高く且つ圧損が低くなる理由について説明す
る。

【００５６】上述したように、排気ガスは、上流側のテ
ーパ壁８を通って排気流出通路４内に流入することがで
き、また、下流側のテーパ壁６を通って排気流入通路３
から流出することができる。このように、フィルタ１の
排気流通路を閉塞する部分６，８が排気ガスを通過させ
ることができるので、フィルタ１の圧損は従来のフィル
タに比べて低くなる。一方、排気ガスがテーパ壁６，８
を通るときには、これらテーパ壁６，８によって排気ガ
ス中の微粒子が捕集されるので、排気ガスがテーパ壁
６，８を通ることができたとしても、フィルタ１の微粒
子捕集率が低下することは抑制されている。

【００５７】さらに、排気ガスは小孔７を介して排気ガ
ス流出通路４内に流入し、小孔５を介して排気ガス流入
通路３から流出することができる。このように、小孔
５，７が排気ガスを通すことができるので、このことに
よっても、本発明のフィルタ１の圧損が従来のフィルタ
に比べて低くなる。一方、小孔５，７の開口面積は比較
的小さいので、フィルタ１の微粒子捕集率が大きく低下
することは抑制されている。

【００５８】また、上述したように、上流側のテーパ壁
８は、排気流入通路３の入口が上流へ向かって四角錐状
に広がってその流路断面積が徐々に大きくなるように、
上流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。この
ため、排気ガスがスムーズに排気流入通路３に流入し、
排気流入通路３の入口近傍に排気ガスの乱流が生じない
ので、このことによっても、フィルタ１の圧損が従来の
フィルタに比べて低くなる。もちろん、こうした理由に
よってフィルタ１の圧損が低くなっているとしても、こ
のことはフィルタ１の微粒子捕集率には何ら影響を及ぼ
すとはほとんどない。したがって、上述した理由によっ
てフィルタ１の圧損が低くなっていることによって、フ
ィルタ１の微粒子捕集率が低下することはほとんどな
い。

【００５９】一方、上述したように、下流側のテーパ壁
６は、排気流出通路４の出口が下流へ向かって四角錐状
に広がってその流路断面積が徐々に大きくなるように、
下流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。この
ため、排気ガスがスムーズに排気流出通路４から流出
し、排気流出通路４の出口近傍に排気ガスの乱流が生じ
ないので、このことによっても、フィルタ１の圧損が従
来のフィルタに比べて低くなる。もちろん、こうした理
由によってフィルタ１の圧損が低くなっているとして
も、上流側のテーパ壁６に関連して説明した理由と同じ
理由から、フィルタ１の微粒子捕集率が低下することは
ほとんどない。

【００６０】こうした理由から、本実施形態のフィルタ
１では、微粒子捕集率が高く、且つ、圧損が低い。

【００６１】ところで、フィルタ１は微粒子を酸化除去
することができる酸化物質を担持する。これによればフ
ィルタ１に捕集された微粒子は継続的に酸化除去され
る。次に、フィルタ１に担持される酸化物質について詳
細に説明する。隔壁２の両側の壁面上、各隔壁の細孔を
画成する壁面上、テーパ壁６，８の両側壁面上、およ
び、テーパ壁６，８の細孔を画成する壁面上に全面に亘
って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、こ
の担体上に貴金属触媒と、活性酸素生成剤とが担持され
る。活性酸素生成剤は、周囲に過剰な酸素が存在すると
酸素を保持し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持して
いる酸素を活性酸素の形で解放して活性酸素を生成す
る。

【００６２】貴金属触媒としては、白金（Ｐｔ）が用い
られる。活性酸素生成剤としては、カリウム（Ｋ）、ナ
トリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃ
ｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリ
ウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム
（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌ
ａ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）のような
希土類、鉄（Ｆｅ）のような遷移金属、およびスズ（Ｓ
ｎ）のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが
用いられている。

【００６３】次に、フィルタ１による微粒子除去作用に
ついて、担体上に白金およびカリウムを担持させた場合
を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、
アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な
微粒子除去作用が行われる。

【００６４】本発明のフィルタ１は、例えば、圧縮着火
式内燃機関の排気通路内に配置される。吸気通路および
燃焼室内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空
燃比と称すると、圧縮着火式内燃機関から排出される排
気ガスの空燃比はリーンである。すなわち、排気ガスは
多量の過剰空気を含んでいる。また、圧縮着火式内燃機
関の燃焼室内では一酸化窒素（ＮＯ）が発生する。した
がって、排気ガス中にはＮＯが含まれている。このため
過剰酸素、および、ＮＯを含んだ排気ガスがフィルタ１
の排気流入通路３内に流入することになる。

【００６５】図１２（Ａ）および（Ｂ）は隔壁２の壁面
上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わし
ている。なお、図１２（Ａ）および（Ｂ）において、６
０は白金の粒子を示し、６１はカリウムを含んでいる活
性酸素生成剤を示している。

【００６６】上述したように、排気ガス中には多量の過
剰酸素が含まれているので、排気ガスがフィルタ１内に
流入すると、図１２（Ａ）に示したように、これら酸素
（Ｏ ₂）がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金の表面に付着す
る。排気ガス中のＮＯはこれらＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応
し、ＮＯ₂となる。次いで、生成されたＮＯ₂の一部は白
金上で酸化されつつ活性酸素生成剤６１内に保持され、
図１２（Ａ）に示したように、カリウムと結合しながら
硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）の形で活性酸素生成剤６１内に拡
散し、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）を生成する。すなわ
ち、結果的には、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム（Ｋ
ＮＯ₃）の形で活性酸素生成剤６１内に保持される。

【００６７】一方、燃焼室内においては主にカーボン
（Ｃ）からなる微粒子が生成される。したがって、排気
ガス中にはこれら微粒子が含まれている。これら微粒子
は排気ガスがフィルタ１内を流れているときに、図６
（Ｂ）において６２で示したように、活性酸素生成剤６
１の表面上に接触して付着する。

【００６８】このように微粒子６２が活性酸素生成剤６
１の表面上に付着すると、微粒子６２と活性酸素生成剤
６１との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、酸
素濃度の高い活性酸素生成剤６１内と活性酸素生成剤６
１の表面上との間に濃度差が生じる。したがって、活性
酸素生成剤６１内の酸素が微粒子６２と活性酸素生成剤
６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、
活性酸素生成剤６１内に形成されている硝酸カリウム
（ＫＮＯ₃）がカリウム（Ｋ）と酸素（Ｏ）と一酸化窒
素（ＮＯ）とに分解され、こうして生成された酸素
（Ｏ）が微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に
向かい、その一方で、ＮＯが活性酸素生成剤６１から外
部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流側の白金
上において酸化され、再び活性酸素生成剤６１内に保持
される。

【００６９】ここで、微粒子６２と活性酸素生成剤６１
との接触面に向かう酸素（Ｏ）は硝酸カリウムのような
化合物から分解された酸素である。このように化合物か
ら分解された酸素は不対電子を有し、極めて高い反応性
を有する活性酸素となっている。これら活性酸素が微粒
子６２に接触すると、微粒子６２は短時間（数秒〜数十
分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微
粒子６２は完全に消滅する。したがって、微粒子６２が
フィルタ１上に堆積することはほとんどない。さらに、
活性酸素は高い反応性を有するので、フィルタ１の温度
が比較的低くても、微粒子はフィルタ１において活性酸
素によって酸化除去される。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、排気浄化材の各排気流
通路の塞がれるべき端部に比較的小さい孔が形成され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパティキュレートフィルタを示す図で
ある。

【図２】本発明のパティキュレートフィルタを製造する
ための第１のフィルタ製造方法を説明するための図であ
る。

【図３】第１のフィルタ製造方法において使用される閉
塞装置を示す図である。

【図４】本発明のパティキュレートフィルタを製造する
ための第２のフィルタ製造方法において使用される閉塞
装置を示す図である。

【図５】第２のフィルタ製造方法において使用される閉
塞装置を示す図である。

【図６】第２のフィルタ製造方法を説明するための図で
ある。

【図７】第３のフィルタ製造方法において使用される閉
塞装置を示す図である。

【図８】第４のフィルタ製造方法において使用される閉
塞装置を示す図である。

【図９】図８に示されている閉塞装置を詳細に示す図で
ある。

【図１０】第５のフィルタ製造方法において使用される
閉塞装置を示す図である。

【図１１】第６のフィルタ製造方法を説明するための図
である。

【図１２】パティキュレートフィルタの微粒子酸化除去
作用を説明するための図である。

【符号の説明】

１…パティキュレートフィルタ２…隔壁３…排気流入通路４…排気流出通路５，７…小孔６，８…テーパ壁１１…閉塞装置１２…突起１４…ピン１５，１７…開口閉塞器具１６，１８，２０，２７，３４…小孔形成器具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅沼孝充愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者木村光壱愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者利岡俊祐愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者中谷好一郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者見上晃愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G090 AA02 4D019 AA01 BA01 BB01 CA01 CB04 CB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質材料からなる隔壁によって画成さ
れた複数の排気流通路を有する基材の該排気流通路のう
ちの少なくとも一部の排気流通路の一方の端部の開口を
塞ぐことによって、内燃機関の排気通路に配置される排
気浄化材を製造するための製造方法において、塞ぐべき
開口を画成する隔壁を寄せ集めてこれら隔壁同士を部分
的に接続することによって、当該塞ぐべき開口の開口面
積よりも小さく且つ隔壁の細孔の平均細孔径よりも大き
い開口面積を有する小孔を残しつつ当該塞ぐべき開口を
部分的に塞ぐ閉塞工程を具備することを特徴とする製造
方法。
【請求項２】上記閉塞工程が、塞ぐべき開口を画成す
る隔壁を寄せ集めてこれら隔壁同士を小孔を残しつつ接
続することによって、当該塞ぐべき開口を部分的に塞ぐ
同時閉塞工程を具備することを特徴とする請求項１に記
載の製造方法。
【請求項３】上記同時閉塞工程では、基材の端面に向
かって徐々に広がる空間を画成する壁面と、前記空間の
最も奥に位置する壁面から基材の端面に向かって延びる
ピンとを有する装置を基材の端面に押し付けることによ
って、塞ぐべき開口を画成する隔壁を寄せ集めてこれら
隔壁同士が小孔を残しつつ接続されることを特徴とする
請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】上記閉塞工程が、塞ぐべき開口を画成す
る隔壁を寄せ集めてこれら隔壁同士を接続することによ
って、当該塞ぐべき開口を完全に塞ぐ完全閉塞工程と、
該完全閉塞工程によって開口を完全に塞ぐように寄せ集
められて互いに接続せしめられた隔壁の先端頂部に小孔
を形成する小孔形成工程とを具備することを特徴とする
請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】上記小孔形成工程では、寄せ集められて
互いに接続せしめられた隔壁の先端頂部を削ることによ
って、該隔壁の先端頂部に小孔が形成されることを特徴
とする請求項４に記載の製造方法。