JP2003269132A - 排ガス浄化用フィルター - Google Patents
排ガス浄化用フィルターInfo
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Abstract
も、梱包、輸送、取り扱いの際において目封じ部の欠
損、脱落等の不具合を生じ難い排ガス浄化用フィルター
を提供する。 【解決手段】 多孔質セラミックス材料よりなる多数の
貫通孔3を有するハニカム構造体の所定の貫通孔3の一
端部と、残余の貫通孔3の他端部に目封じ部を形成する
ことにより、貫通孔3を仕切る隔壁2を濾過層とした排
ガス浄化用フィルターである。目封じ部10毎の目封じ
長さが不均一である。
Description
ィキュレートフィルターに代表される、排ガス中の固体
微粒子(パティキュレート)を除去するために使用され
る排ガス浄化用フィルターに関するものである。
排出される燃焼排ガスより炭素を主成分とする固体微粒
子を除去するために、多孔質セラミックス材料よりなる
多数の貫通孔を有するハニカム構造体の所定の貫通孔の
一端部を目封じするとともに、残りの貫通孔の他端部を
目封じすることにより、貫通孔を仕切る隔壁を濾過層と
した排ガス浄化用フィルター(以下、単に「フィルタ
ー」という)が使用されている。
示す模式図であり、フィルターの端面が市松模様状を呈
するように、隣接する貫通孔(セル)3において、互い
に反対側となる端部に目封じ材を充填してなる目封じ部
10を交互に形成し、貫通孔(セル)3を閉塞している
状態を示している。また、図5は、従来の排ガス浄化用
フィルターの目封じ構造を示す模式図であり、貫通孔
(セル)3の一端部と残余の貫通孔(セル)3の他端部
に目封じ部10が形成されることによって、貫通孔(セ
ル)3を仕切る隔壁2が濾過層の役割を担っている。
特に燃料の高噴射化に起因し、ディーゼルエンジンから
排出される固体粒子の微粒化が進んでおり、このように
細かな固体微粒子を捕捉するために用いられるDPF
(ディーゼルパティキュレートフィルター)の開発に期
待が高まっている。
に、排ガス規制も強化されつつあり、前述の固体微粒子
をより効果的に捕捉することが可能である、高気孔率、
薄壁等の特性を有するフィルターの開発が急ピッチで進
められている。
の高気孔率・薄壁化を実現する反面、隔壁の強度も同時
に低下する傾向にあるため、微弱な衝撃負荷によっても
欠損、ひび割れ等の不具合が生じ易くなるといった弊害
が起こり易い。このため、製品の梱包、輸送をはじめと
して、取り付け加工等の製品の取り扱い場面においても
細心の注意を払う必要性がある。
た目封じ部10と、目封じ材が充填されていない貫通孔
(セル)3との境界にひび割れを生ずる場合があり、そ
れにともなって目封じ部の欠損、脱落等の不具合を生ず
る場合が多い。これは、目封じ部10と貫通孔(セル)
3との強度差に起因した現象であると推測されるが、隔
壁2の高気孔率・薄壁化にともなってこのような問題が
顕在化しており、その具体的な対応策が求められてい
る。
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、高気孔率、薄壁といった特性を有しながらも、
梱包、輸送、取り扱いの際において目封じ部の欠損、脱
落等の不具合を生じ難い排ガス浄化用フィルターを提供
することにある。
ば、多孔質セラミックス材料よりなる多数の貫通孔を有
するハニカム構造体の所定の貫通孔の一端部と、残余の
貫通孔の他端部に目封じ部を形成することにより、前記
貫通孔を仕切る隔壁を濾過層とした排ガス浄化用フィル
ターであって、前記目封じ部毎の目封じ長さが不均一で
あることを特徴とする排ガス浄化用フィルターが提供さ
れる。
クス材料よりなる多数の貫通孔を有するハニカム構造体
の所定の貫通孔の一端部と、残余の貫通孔の他端部に目
封じ部を形成することにより、前記貫通孔を仕切る隔壁
を濾過層とした排ガス浄化用フィルターであって、前記
目封じ部の中心部における目封じ長さが、前記目封じ部
の外周部における目封じ長さに比して徐々に短く形成さ
れてなることを特徴とする排ガス浄化用フィルターが提
供される。
ターの中心部における貫通孔の目封じ長さが、排ガス浄
化用フィルターの外周部における貫通孔の目封じ長さに
比して徐々に短く形成されてなることが好ましい。
は、コージェライト、リン酸ジルコニウム、チタン酸ア
ルミニウム、LAS(リチウムシリケート)及び炭化珪
素よりなる群から選ばれた少なくとも一種の材料からな
ることが好ましい。
れていることが好ましく、更にこの触媒が、Pt、P
d、Rh、K、Ba、Li、及びNaからなる群より選
択される少なくとも一種を含む触媒であることが好まし
い。
いて説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定され
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
等が加えられることが理解されるべきである。
孔質セラミック材料よりなる多数の貫通孔を有するハニ
カム構造体の所定の貫通孔の一端部を目封じするととも
に、残りの貫通孔の他端部を目封じすることにより、貫
通孔を仕切る隔壁を濾過層としたものである。目封じは
従来公知のディーゼルパティキュレートフィルターと同
様、図6に示すように、その端面が市松模様状を呈する
ように、隣接する貫通孔(セル)3において、互いに反
対側となる端部に目封じ材を充填してなる目封じ部10
を交互に形成し、貫通孔(セル)3を閉塞させることが
好ましい。
スを通気させると、固体微粒子を含む排ガスは、この一
端面側の端部が封じられていない貫通孔よりフィルター
内部に流入し、多孔質の隔壁を通過して、フィルターの
他端面側の端部が封じられていない他の貫通孔に入る。
そして、この隔壁を通過する際に排ガス中の固体微粒子
が隔壁に捕捉され、固体微粒子を除去された浄化後の排
ガスがフィルターの他端面より排出される。
ルターの一実施形態を示す模式図であり、貫通孔(セ
ル)3の一端部と残余の貫通孔(セル)3の他端部に目
封じ部10が形成されている状態を示している。このよ
うに、本実施形態のフィルターは目封じ部10毎の目封
じ長さが不均一となるように構成されていることを特徴
としている。即ち、目封じ材が充填された目封じ部10
と、目封じ材が充填されていない貫通孔(セル)3との
境界が貫通孔(セル)毎に不均一となっている。従っ
て、この境界にひび割れが生じ難く、それにともなって
目封じ部の欠損、脱落等の不具合が生じ難いといった効
果を奏する。
施形態を説明する。本発明のフィルターは、目封じ部の
中心部における目封じ長さが、目封じ部の外周部におけ
る目封じ長さに比して徐々に短く形成されていることを
特徴としている。図3は、本発明に係る排ガス浄化用フ
ィルターの目封じ部の構造の一実施形態を示す模式図で
あり、貫通孔(セル)3の一端部に、目封じ部の中心部
Xにおける目封じ長さが、同じ目封じ部の外周部Yにお
ける目封じ長さに比して徐々に短く形成されている状態
を示している。
とは、貫通孔と平行方向にフィルターの端面を観察した
場合、貫通孔を構成する隔壁に当接する部分とその近傍
を意味し、また、目封じ部の「中心部」とは、貫通孔の
中央に近く、前記「外周部」よりも内側の部分を意味す
る。
は、目封じ材が充填された目封じ部10と、目封じ材が
充填されていない貫通孔(セル)3との境界においてフ
ィルターの強度が徐々に変化するように構成されてい
る。従って、この境界にひび割れが生じ難く、それにと
もなって目封じ部の欠損、脱落等の不具合が生じ難いと
いった効果を奏する。
ルターの目封じ部の構造の他の実施形態を示す模式図で
あり、貫通孔(セル)3の一端部に、目封じ部の中心部
Xにおける目封じ長さが、同じ目封じ部の外周部Yにお
ける目封じ長さに比して徐々に短く形成されている状態
であって、目封じ材が充填されていない部分の形状を錐
形とした一例である。このように、目封じ部の形状を変
化させた場合においても、上述してきた目封じ部の欠
損、脱落等の不具合が生じ難いといった同等の効果を奏
することはいうまでもない。
ターの他の実施形態を示す模式図であり、図1の場合と
同様に、貫通孔(セル)3の一端部と残余の貫通孔(セ
ル)3の他端部に目封じ部10が形成されている状態を
示しているが、本実施形態においては、ハニカム構造体
の中心部Aにおける貫通孔3の目封じ長さが、ハニカム
構造体の外周部Bにおける貫通孔3の目封じ長さに比し
て徐々に短く形成されてなることが好ましい。即ち、こ
のような実施形態とすることによっても目封じ材が充填
された目封じ部10と、目封じ材が充填されていない貫
通孔(セル)3との境界が貫通孔(セル)毎に不均一と
なるため、この境界にひび割れが生じ難く、それにとも
なって目封じ部の欠損、脱落等の不具合が生じ難いとい
った効果を奏する。
「外周部」とは、図6において示す、貫通孔と平行方向
にハニカム構造体(排ガス浄化用フィルター1)の端面
を観察した場合におけるハニカム構造体(排ガス浄化用
フィルター1)の外周壁20の近傍のことであり、ま
た、ハニカム構造体の「中心部」とは、前記「外周部」
よりも内側の部分のことである。
ーゼルエンジンの排ガスを通気させると、排ガスは、こ
の一端面側の端部が封じられていない孔よりフィルター
内部に流入し、多孔質の隔壁を通過して、構造体の他端
面側の端部が封じられていない他の孔に入る。そして、
この隔壁を通過する際に排ガス中の固体微粒子が隔壁に
捕捉され、固体微粒子を除去された浄化後の排ガスがフ
ィルターの他端面より排出される。
堆積してくると、目詰まりを起こしてフィルターとして
の機能が低下するので、定期的にヒーター等の加熱手段
でフィルターを加熱して固体微粒子を燃焼除去し、フィ
ルター機能を再生させるようにするが、この再生時の固
体微粒子の燃焼を促進するために、フィルターに触媒を
担持させてもよい。このような触媒としては、Pt、P
d、Rh、K、Ba、Li、及びNaからなる群より選
択される少なくとも一種を含む触媒であることが、効率
的なフィルター機能の再生を図るといった観点から好ま
しい。
を目封じしたハニカム構造のフィルターの場合、流入側
に開口したセルと排出側に開口したセルの両方にセラミ
ック粒子層がコーティングされていても構わないが、排
ガス中の固体微粒子は前者に蓄積されるため、前者のみ
にコーティングすることも、コーティングによる圧力損
失上昇を最小限に抑える観点からは好ましいことであ
る。
ム構造体の構成材料としては、コージェライト、リン酸
ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、LAS及び炭化
珪素よりなる群から選ばれた少なくとも一種の材料であ
ることが好ましい。コージェライト、リン酸ジルコニウ
ム、チタン酸アルミニウム及びLASは熱膨脹率が低い
ため、これらよりなる群から選ばれた一種の材料、又は
これらの材料を二種以上混合した複合材料をハニカム構
造体の構成材料として用いると、耐熱衝撃性に優れたフ
ィルターが得られるからである。また、リン酸ジルコニ
ウム、チタン酸アルミニウム及び炭化珪素をハニカム構
造体の構成材料として使用した場合は、融点が高いた
め、耐熱性に優れたフィルターが得られる。ハニカム構
造体の貫通孔(セル)の目封じに用いる目封じ材は、ハ
ニカム構造体の構成材料と一致させると、両者の熱膨張
率が一致するため好ましい。
の目封じ部の構造を有するフィルターに比して梱包・輸
送・取り扱い中において、目封じ部の欠損、脱落等の不
具合を生じ難い。従って、フィルター製造後の保守にか
かるコストも低減されるといった効果を奏する。
の製造方法を例に挙げて説明する。ハニカム構造を有す
るフィルターは、押出成形方法によってその基本構造を
形成する。ここでいう基本構造とは、セル構造、即ちリ
ブ厚み、セル密度、径、及び、長さのことであり、これ
らを押出成形時に形成する。一般的には成形時の寸法と
焼成後の寸法の比率を考慮して、焼成後に所望の寸法を
達成できるように成形を行えばよい。
適当な条件下で加熱乾燥した後、フィルター機能を付与
するための目封じを行う。なお、目封じは成形乾燥後に
行う場合と焼成後に行う場合があるが、いずれの場合で
あってもよい。
例を説明する。ハニカム構造体の端面に市松模様状に開
口した薄膜フィルムを貼り付け、端面からスラリー状の
目封じ材に浸漬してフィルム開口部に相当するハニカム
の貫通孔にスラリーを進入させることで目封じ材を充填
する。目封じ長さは、ハニカム構造体をスラリーに浸漬
する深さで制御すればよい。
な長さに充填するためには、前述の通り、一度のフィル
ム貼り付けとスラリーの浸漬で可能であるが、図1、2
に代表されるような構造の本発明に係るフィルターを得
るためには2回以上の浸漬作業を行えばよい。即ち、2
回以上の浸漬を行う場合は、例えばハニカム構造体の端
面の中心部と外周部の二種以上の開口パターンを有する
薄膜フィルムを用意し、これを使用して、浸漬深さを変
えることで目封じ長さの分布を有するハニカム構造のフ
ィルターを得ることができる。
の面積を、中央部は小さく、周辺部は大きしてスラリー
の貫通孔に流れ込む量を制御することによっても、目封
じ長さの分布を有するハニカム構造のフィルターを得る
ことができる。
るためには、ハニカム構造体の端面に市松模様状に開口
したゴム膜を貼り付け、端面からスラリー状の目封じ材
を流し込めばよく、その際に、ゴム膜の開口面積を変え
ることで各セルに流れ込むスラリー量を調整することが
可能であり、これにより目封じ部構造を図3、4に示す
構造とすることができる。
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。
坏土を作製し、押出成形法により、直径145mm、長
さ152mm、壁厚0.31mm、及び、セル密度30
0セル/平方インチであるハニカム構造に成形した。次
に、得られた成形体を乾燥後、開口パターンの異なる複
数枚の薄膜フィルムを用いて、本体と同材質の目封じ材
にて、表1に示す目封じ長さ分布を有するように貫通孔
の端部を封止し、これを1400℃で焼成することによ
って、コージェライト製のハニカム構造を有するフィル
ターを作製した。なお、表1における「目封じ長さ(m
m)」とは、貫通孔と平行方向にフィルターの端面を観
察したとき、中央部を(A)、中央部から24mmの位
置を(B)、中央部から48mmの位置を(C)、最外
周部を(D)とした場合の、各部における目封じ長さの
ことを意味する。なお、表1において、フィルターの気
孔率(%)、及び平均細孔径(μm)は水銀圧入法によ
り測定した値である。
の場合と同様の手順により、リン酸ジルコニウム、チタ
ン酸アルミニウム、LAS製のハニカム構造を有するフ
ィルターを作製した。
の場合と同様の手順により、ガラス結合SiC製のハニ
カム構造を有するフィルターを作製した。なお、SiC
材料は焼成によりその焼結体を得ることができるが、一
般的にはその焼成温度は高く、2000℃以上である。
一方、純粋なSiC原料にガラス形成材料を加えて焼成
した場合、ガラスの軟化温度が低く低温での焼成が可能
となり、得られる焼結体の微構造は、原料SiCがガラ
ス相で部分的に結合された二相構造の多孔体である。本
実施例においては、原材料となるSiCに、コージェラ
イト質の原料を15質量%加えて用いることにより、ガ
ラス結合SiC製のハニカム構造を有するフィルターを
作製した。
ィルムに代えて、この薄膜フィルムに比して開口面積が
小さい開口部を有する、開口パターンの異なる複数枚の
ゴム膜を用いること以外は、前記実施例1〜10の場合
と同様の手順により、コージェライト製のハニカム構造
を有するフィルターを作製した。
封じ長さを同一とすること以外は、実施例1〜10の場
合と同様の方法によって、コージェライト製のハニカム
構造を有するフィルターを作製した。
封じ長さを同一とすること以外は、実施例11〜13の
場合と同様の方法によって、リン酸ジルコニウム、チタ
ン酸アルミニウム、及びLAS製のハニカム構造を有す
るフィルターを作製した。
目封じ長さを同一とすること以外は、実施例14、15
の場合と同様の方法によって、ガラス結合SiC製のハ
ニカム構造を有するフィルターを作製した。
較例1〜10の各フィルターについて、図7に示すよう
に、シャルピー試験機のハンマー15を利用してフィル
ター1の端部16に対して、側面方向に衝撃を加えた。
衝撃後のフィルターを目視観察して、損傷程度、即ち、
ダメージを評価した。結果を表1に示す。なお、評価基
準は、損傷が生じなかった場合を「◎」、微少であった
場合を「○」、中程度であった場合を「△」、著しかっ
た場合を「×」として、表1中の、「衝撃に対するダメ
ージの評価」に記載した。
発明に係る実施例のフィルターは、比較例のフィルター
に比して、端部、即ち目封じ部への衝撃に対するダメー
ジが少なく、本発明の優位性を確認することができた。
また、コージェライト以外の材料として、リン酸ジルコ
ニウム、チタン酸アルミニウム、LAS、及びガラス結
合SiCを用いて作製した場合であっても、優れた耐衝
撃性を有するフィルターであることを確認できた。
浄化用フィルターによれば、その目封じ部を所定の構造
としているために、高気孔率、薄壁であるといった特性
を有しながらも、従来の目封じ部の構造を有する排ガス
浄化用フィルターに比して梱包・輸送・取り扱い中にお
いて、目封じ部の欠損、脱落等の不具合を生じ難いとい
った効果を奏する。また、梱包・輸送・取り扱い等のフ
ィルターの保守にかかるコストの低減も可能となる。
施形態を示す模式図である。
実施形態を示す模式図である。
じ部の構造の一実施形態を示す模式図である。
じ部の構造の他の実施形態を示す模式図である。
を示す模式図である。
ある。
ある。
(セル)、10…目封じ部、15…ハンマー、16…端
部、20…外周壁、A…ハニカム構造体の中心部、X…
目封じ部の中心部、B…ハニカム構造体の外周部、Y…
目封じ部の外周部。
Claims (6)
- 【請求項1】 多孔質セラミックス材料よりなる多数の
貫通孔を有するハニカム構造体の所定の貫通孔の一端部
と、残余の貫通孔の他端部に目封じ部を形成することに
より、前記貫通孔を仕切る隔壁を濾過層とした排ガス浄
化用フィルターであって、 前記目封じ部毎の目封じ長さが不均一であることを特徴
とする排ガス浄化用フィルター。 - 【請求項2】 多孔質セラミックス材料よりなる多数の
貫通孔を有するハニカム構造体の所定の貫通孔の一端部
と、残余の貫通孔の他端部に目封じ部を形成することに
より、前記貫通孔を仕切る隔壁を濾過層とした排ガス浄
化用フィルターであって、 前記目封じ部の中心部における目封じ長さが、前記目封
じ部の外周部における目封じ長さに比して徐々に短く形
成されてなることを特徴とする排ガス浄化用フィルタ
ー。 - 【請求項3】 前記排ガス浄化用フィルターの中心部に
おける前記貫通孔の目封じ長さが、 前記排ガス浄化用フィルターの外周部における前記貫通
孔の目封じ長さに比して徐々に短く形成されてなる請求
項1又は2に記載の排ガス浄化用フィルター。 - 【請求項4】 前記ハニカム構造体が、コージェライ
ト、リン酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、LA
S及び炭化珪素よりなる群より選択される少なくとも一
種の材料からなる請求項1〜3のいずれか一項に記載の
排ガス浄化用フィルター。 - 【請求項5】 触媒が担持されている請求項1〜4のい
ずれか一項に記載の排ガス浄化用フィルター。 - 【請求項6】 前記触媒が、Pt、Pd、Rh、K、B
a、Li、及びNaからなる群より選択される少なくと
も一種を含む触媒である請求項5に記載の排ガス浄化用
フィルター。
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