JP2008030038A - Exhaust gas filter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas filter which has pores suitable for trapping fine particles contained in an exhaust gas and is capable of sufficiently generating heat by itself by applying a small voltage. <P>SOLUTION: A filter for cleaning an exhaust gas of an internal combustion engine is made of a porous ceramic material. The porous ceramic material is obtained as a burned composite material comprising silicon carbide and an additive present in a neck section, which is the bonding section between silicon carbide particles. The additive is at least one of (1) a substance forming a liquid phase in the neck section, (2) a substance forming a solid solution in the neck section and (3) a substance which has a specific resistance smaller than silicon carbide. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関から排出されるガス中に含まれる微粒子等を除去するための排気ガスフィルタに係り、特には自己発熱型フィルタに用いて好適な排気ガスフィルタに関するものである。   The present invention relates to an exhaust gas filter for removing particulates contained in gas discharged from an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas filter suitable for use in a self-heating filter.

ディーゼル車などの内燃機関から排出されるガス中には大気汚染を引き起こす原因となる微粒子が含まれており、それらの中には発癌性の高い物質等の存在も存在することが確認されている。このため、近年では、内燃機関の排気経路上に排気ガスフィルタを配置することによって微粒子を捕集し、更にその捕集された微粒子を着火して燃焼させるという処理技術が広く研究されている。   Gases emitted from internal combustion engines such as diesel vehicles contain particulates that cause air pollution, and it has been confirmed that there are also highly carcinogenic substances in them. . For this reason, in recent years, a processing technique in which fine particles are collected by disposing an exhaust gas filter on the exhaust path of the internal combustion engine, and the collected fine particles are ignited and burned has been widely studied.

従来、上記のような排気ガスフィルタには、コージェライトや炭化珪素等といった多孔質セラミックス製の材料が用いられている。かかるセラミックス材料のなかでも、特に炭化珪素については耐熱温度が高くしかも固有抵抗値が低いという特性が注目されている。ゆえに、炭化珪素は、耐久性や再生効率等に優れたフィルタを形成するための材料として有望視されている。   Conventionally, materials made of porous ceramics such as cordierite and silicon carbide have been used for the exhaust gas filters as described above. Among these ceramic materials, particularly with respect to silicon carbide, attention has been paid to the characteristic that the heat resistance is high and the specific resistance value is low. Therefore, silicon carbide is considered promising as a material for forming a filter having excellent durability and regeneration efficiency.

例えば、特許文献1として示すものは、主成分を炭化珪素とするフィルターを提案している。   For example, what is shown as Patent Document 1 proposes a filter whose main component is silicon carbide.

特開昭61−423号公報JP-A-61-423

ところで、固有抵抗値が低い炭化珪素には、電圧を直接印加することによって加熱できるという性質がある。このため、多孔質炭化珪素を材料としてフィルタを作製すれば、いわゆる自己発熱型の排気ガスフィルタを得ることが可能であると一般的に考えられている。   By the way, silicon carbide having a low specific resistance has a property that it can be heated by directly applying a voltage. For this reason, it is generally considered that a so-called self-heating type exhaust gas filter can be obtained if a filter is made of porous silicon carbide.

前述のような自己発熱型の排気ガスフィルタとしては、例えば多孔質炭化珪素にシリコン金属を含浸してなるフォーム状構造体であって、約400ボルトの電圧を印加することにより自己発熱するというタイプのものがある。   As the self-heating type exhaust gas filter as described above, for example, a foam-like structure formed by impregnating porous silicon carbide with silicon metal and self-heating when a voltage of about 400 volts is applied. There are things.

しかし、このタイプのフィルタの場合、どうしても固有抵抗値が高くなり、印加すべき電圧の値もそれに付随して高くなってしまう。このため、20ボルト程度のバッテリーしか備えていない一般車両には搭載することができないという欠点が指摘されていた。   However, in the case of this type of filter, the specific resistance value inevitably increases, and the value of the voltage to be applied also increases accordingly. For this reason, it has been pointed out that it cannot be mounted on a general vehicle having only a battery of about 20 volts.

また、これと異なる自己発熱型の排気ガスフィルタとしては、次のようなタイプのものが考えられる。即ち、主成分である炭化珪素に窒化アルミニウム(またはアルミナ)と炭素とが含まれているセラミックス焼結体を材料として用いたフィルタである。このフィルタの場合、固有抵抗値が10-1Ω・cm程度と極めて低い値となるため、一般車両用の小型バッテリーでも充分加熱することができるという利点がある。 In addition, as a self-heating type exhaust gas filter different from this, the following types can be considered. That is, it is a filter using as a material a ceramic sintered body in which aluminum nitride (or alumina) and carbon are contained in silicon carbide as a main component. In the case of this filter, the specific resistance value is as low as about 10 −1 Ω · cm, and therefore there is an advantage that even a small battery for general vehicles can be sufficiently heated.

ところが、前記フィルタは発熱性を最優先したものであるため、比較的密度が高く、しかも気孔の少ない緻密なものとなっている。このため、必ずしも微粒子の捕集に適しているとはいい難かった。   However, since the filter gives priority to heat generation, the filter has a relatively high density and is dense with few pores. For this reason, it was not necessarily said that it was suitable for collection of fine particles.

また、本発明のもう1つの目的は、小さな電圧の印加によって充分に発熱させることができ、かつ細かい微粒子の捕集に好適な気孔を有する排気ガスフィルタを確実にかつ容易に得ることができる排気ガスフィルタを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an exhaust gas filter that can sufficiently generate heat by applying a small voltage, and that can reliably and easily obtain an exhaust gas filter having pores suitable for collecting fine particles. It is to provide a gas filter.

上記の課題を解決するために、本発明では、内燃機関の排気ガスを浄化するための多孔質セラミックス製のフィルタにおいて、前記多孔質セラミックスは、炭化珪素と、炭化珪素結晶粒子の結合部分であるネック部に存在する添加剤との焼成複合材料であって、前記添加剤が、ネック部に液相を形成する物質、ネック部に固溶体を形成する物質、および炭化珪素よりも固有抵抗値の低い物質のうちの少なくとも一つの物質からなることを特徴とする排気ガスフィルタを提案する。   In order to solve the above problems, in the present invention, in a filter made of porous ceramics for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, the porous ceramics is a bonded portion of silicon carbide and silicon carbide crystal particles. A fired composite material with an additive present in the neck part, wherein the additive has a lower resistivity than a substance that forms a liquid phase in the neck part, a substance that forms a solid solution in the neck part, and silicon carbide Proposed is an exhaust gas filter comprising at least one of the substances.

なお、本発明においては、前記(1)ネック部に液相を形成する物質は、酸化アルミニウムまたは酸化珪素であること、前記(2)ネック部に固溶体を形成する物質は、炭化タングステン、窒化チタンまたは二ホウ化チタンであること、および前記(3)炭化珪素よりも固有抵抗値の低い物質は、窒化ホウ素または窒化アルミニウムであることが好ましい解決手段となる。   In the present invention, (1) the substance that forms a liquid phase in the neck part is aluminum oxide or silicon oxide, and (2) the substance that forms a solid solution in the neck part is tungsten carbide or titanium nitride. Alternatively, titanium diboride and (3) the substance having a lower specific resistance than silicon carbide is preferably boron nitride or aluminum nitride.

本発明の排気ガスフィルタによれば、排気ガス中に含まれる微粒子の捕集に好適な気孔を有し、しかも、添加剤を炭化珪素結晶粒子の結合部分であるネック部に存在させることにより、焼結体の固有抵抗値を、現状における下限よりも1〜2オーダー低い値とすることが可能となり、小さな電圧を印加することによって充分に自己発熱させることができるという優れた効果を奏する。   According to the exhaust gas filter of the present invention, the exhaust gas filter has pores suitable for collecting fine particles contained in the exhaust gas, and the additive is present in the neck portion which is a bonded portion of the silicon carbide crystal particles. The specific resistance value of the sintered body can be reduced to an order of 1 to 2 orders lower than the lower limit in the present situation, and an excellent effect is achieved in that sufficient self-heating can be achieved by applying a small voltage.

本発明は、多孔質セラミックス製のフィルタにおいて、該多孔質セラミックスが、炭化珪素と炭化珪素結晶粒子の結合部分であるネック部に存在する添加剤との焼成複合材料であって、その添加剤が、ネック部に液相を形成する物質、ネック部に固溶体を形成する物質、および炭化珪素よりも固有抵抗値の低い物質のうちの少なくとも一つの物質からなることを特徴とする。   The present invention relates to a filter made of porous ceramics, wherein the porous ceramics is a fired composite material of an additive present in a neck part which is a bonded part of silicon carbide and silicon carbide crystal particles, and the additive is And a material that forms a liquid phase in the neck portion, a material that forms a solid solution in the neck portion, and a material having a lower specific resistance value than silicon carbide.

本発明において、炭化珪素に「添加剤」を加える理由について説明する。炭化珪素は、固相焼結によって焼結し、その際には珪素原子と炭素原子とが結晶粒子の結合部分(ネック部)を介して拡散するということが知られている。そして、現状における焼結体の固有抵抗値の下限は、1Ω・cm程度となっている。そこで、より低い固有抵抗値を実現するための方法としては、例えば次のような方法が考えられる。即ち、
(1)ネック部に液相を形成する物質を存在させておくこと、
(2)ネック部に固溶体を形成する物質を存在させておくこと、及び
(3)ネック部に固有抵抗値の低い物質を存在させておくこと
の3つである。つまり、(1)の方法は、ネック部に液相を形成することにより、結晶粒子同士が接触する面積を確保し、もって固有抵抗値を下げるというものである。(2)の方法も、ネック部に固溶体を形成することにより、結晶粒子同士が接触する面積を確保し、もって固有抵抗値を下げるというものである。(3)の方法は、ネック部の電気抵抗を下げてやることにより、焼結体全体の固有抵抗値を下げるというものである。そして、上記(1)の範疇に属する物質としては、例えば先に述べた酸化アルミニウム及び酸化珪素等がある。(2)の範疇に属する物質としては、例えば炭化タングステン、窒化チタン及び二ホウ化チタンがある。(3)の範疇に属する物質としては、例えば窒化ホウ素及び窒化アルミニウム等がある。そして、これらの方法によれば、現状における焼結体の固有抵抗値の下限よりも1〜2オーダー低い値を実現することが可能である。
The reason why the “additive” is added to silicon carbide in the present invention will be described. It is known that silicon carbide is sintered by solid-phase sintering, and in that case, silicon atoms and carbon atoms diffuse through crystal particle bonding portions (neck portions). The lower limit of the specific resistance value of the sintered body at present is about 1 Ω · cm. Therefore, as a method for realizing a lower specific resistance value, for example, the following method can be considered. That is,
(1) The presence of a substance that forms a liquid phase at the neck,
(2) The presence of a substance that forms a solid solution in the neck portion, and (3) the presence of a substance having a low specific resistance value in the neck portion. That is, the method (1) secures an area where crystal grains are in contact with each other by forming a liquid phase at the neck portion, thereby lowering the specific resistance value. In the method (2), a solid solution is formed in the neck portion to secure an area where the crystal grains are in contact with each other, thereby reducing the specific resistance value. The method (3) is to lower the specific resistance value of the entire sintered body by lowering the electrical resistance of the neck portion. Examples of the substance belonging to the category (1) include the aluminum oxide and silicon oxide described above. Examples of the substance belonging to the category (2) include tungsten carbide, titanium nitride, and titanium diboride. Examples of the substance belonging to the category (3) include boron nitride and aluminum nitride. And according to these methods, it is possible to realize a value 1 to 2 orders lower than the lower limit of the specific resistance value of the sintered body in the present situation.

本発明の場合、添加剤は、撥水性のある有機樹脂によって被覆することが好ましい。その理由は、炭化珪素粉末と添加剤とからなる混合物を混練するときに、添加剤が水と反応してしまうことを回避するためである。例えば、添加剤が窒化アルミニウムである場合、被覆を施しておけば、水との反応によるアンモニアガスの生成が回避され、かつ材料の混練も可能なものとなる。   In the case of the present invention, the additive is preferably coated with an organic resin having water repellency. The reason is to prevent the additive from reacting with water when the mixture of the silicon carbide powder and the additive is kneaded. For example, when the additive is aluminum nitride, if coating is applied, generation of ammonia gas due to reaction with water can be avoided, and the material can be kneaded.

なお、撥水性のある有機樹脂として、分子内に疎水基と窒素とを含有する樹脂を用いても良い。このような樹脂を具体的に挙げると、パラフィン系アミン、パラフィン系アミド、オレフィン系アミド、ナイロン等がある。かかる有機樹脂は、添加剤に対して5重量部〜30重量部ほど配合されることが良い。   Note that as the water-repellent organic resin, a resin containing a hydrophobic group and nitrogen in the molecule may be used. Specific examples of such resins include paraffinic amines, paraffinic amides, olefinic amides, and nylons. The organic resin is preferably blended in an amount of 5 to 30 parts by weight with respect to the additive.

また、本発明のフィルタにおいては、複合材料である多孔質セラミックスの固有抵抗値が10-2Ω・cm〜1Ω・cm、その密度が1.7g/cm3〜2.3g/cm3、かつその平均気孔径が1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。これは、固有抵抗値が10-2Ω・cm未満であると、発熱量が得られないからである。一方、固有抵抗値が1Ω・cmを越えると、所定の温度に上げるために大きな印加電圧が必要になり、自己発熱させるうえで不利になってしまうからである。 Further, in the filter of the present invention, the specific resistance value of the porous ceramic as the composite material is 10 −2 Ω · cm to 1 Ω · cm, the density thereof is 1.7 g / cm 3 to 2.3 g / cm 3 , and The average pore diameter is preferably in the range of 1 μm to 50 μm. This is because a calorific value cannot be obtained when the specific resistance value is less than 10 −2 Ω · cm. On the other hand, if the specific resistance value exceeds 1 Ω · cm, a large applied voltage is required to raise the temperature to a predetermined temperature, which is disadvantageous for self-heating.

また、密度は1.7g/cm3未満であると、フィルタ中に空隙が多くなり過ぎてしまい、強度的に弱くなる。また、気孔率は、高くなることにより、微粒子の捕集効率が低下してしまう。一方、密度が2.3g/cm3を越えると、フィルタが緻密になり過ぎてしまい、内部に排気ガスを流通させることができなくなり、微粒子の捕集が不可能になってしまう。 On the other hand, if the density is less than 1.7 g / cm 3 , the filter has too many voids, which weakens the strength. Moreover, the collection efficiency of microparticles | fine-particles will fall by the porosity becoming high. On the other hand, if the density exceeds 2.3 g / cm 3 , the filter becomes too dense, exhaust gas cannot be circulated inside, and particulate collection becomes impossible.

平均気孔径は、1μm未満であると、微粒子の堆積によるフィルタの目詰まりが著しくなり、一方、平均気孔径が50μmを越えると、細かい微粒子を捕集することができなくなるため、捕集効率が低下してしまう。   If the average pore diameter is less than 1 μm, clogging of the filter due to the accumulation of fine particles becomes significant. On the other hand, if the average pore diameter exceeds 50 μm, fine particles cannot be collected, and the collection efficiency is improved. It will decline.

従って、優れた排気ガスフィルタ、特に自己発熱型の排気ガスフィルタであるためには、好ましくは、上記の諸物性値を全て満たしていることが有効である。   Therefore, in order to be an excellent exhaust gas filter, particularly a self-heating type exhaust gas filter, it is preferable that all the above physical property values are satisfied.

また、本発明のフィルタは、炭化珪素100重量部に対して、炭化珪素を除く炭化物、窒化物、ホウ化物及び酸化物のうちから選択される少なくとも一種の添加剤を5重量部〜30重量部混合してなることが望ましい。添加剤の分量が5重量部より少ないと、固有抵抗値を充分に低くすることができなくなる。一方、添加剤の分量が30重量部を越えると、炭化珪素本来の物性が損なわれてしまうおそれがある。   Further, the filter of the present invention contains 5 to 30 parts by weight of at least one additive selected from carbides, nitrides, borides and oxides excluding silicon carbide with respect to 100 parts by weight of silicon carbide. It is desirable to mix. When the amount of the additive is less than 5 parts by weight, the specific resistance value cannot be sufficiently lowered. On the other hand, if the amount of the additive exceeds 30 parts by weight, the original physical properties of silicon carbide may be impaired.

次に、本発明の排気ガスフィルタを製造する方法を工程順に説明する。工程a:この工程では、撥水性のある有機樹脂によって、炭化珪素を除く炭化物、窒化物、ホウ化物及び酸化物のうちから選択される少なくとも一種の添加剤粉末の表面が被覆される。本発明では、添加剤に使用される炭化物として、炭化タングステンを選択することが望ましい。また、窒化物として窒化ホウ素、窒化チタンまたは窒化アルミニウムを選択することが望ましい。同様に、ホウ化物として二ホウ化チタンを、酸化物として酸化アルミニウムまたは酸化珪素を選択することが望ましい。   Next, a method for manufacturing the exhaust gas filter of the present invention will be described in the order of steps. Step a: In this step, the surface of at least one additive powder selected from carbides, nitrides, borides and oxides excluding silicon carbide is coated with a water-repellent organic resin. In the present invention, it is desirable to select tungsten carbide as the carbide used for the additive. Further, it is desirable to select boron nitride, titanium nitride, or aluminum nitride as the nitride. Similarly, it is desirable to select titanium diboride as the boride and aluminum oxide or silicon oxide as the oxide.

次に、工程b:この工程では、炭化珪素と前記添加剤とが乾式混合される。得られた混合物には有機バインダと水とが加えられ、更に良く混練される。この場合、必要に応じて、α型炭化珪素粉末、β型炭化珪素粉末またはそれらの混合粉末を使用することが可能である。なお、この工程では炭化珪素100重量部に対して添加剤が5重量部〜30重量部混合される。   Next, step b: In this step, silicon carbide and the additive are dry-mixed. An organic binder and water are added to the resulting mixture and kneaded better. In this case, it is possible to use α-type silicon carbide powder, β-type silicon carbide powder or a mixed powder thereof as necessary. In this step, 5 to 30 parts by weight of the additive is mixed with 100 parts by weight of silicon carbide.

工程c:この工程では、前記工程bにて得られた混練物は、多孔質形状に成形または保持された後に乾燥される。このときの乾燥温度は50℃〜100℃であることが良い。   Step c: In this step, the kneaded product obtained in the step b is dried after being molded or held in a porous shape. The drying temperature at this time is preferably 50 ° C to 100 ° C.

工程d:この工程では、前記工程cにて得られた乾燥体は、脱脂されかつ不活性雰囲気下にて焼成される。このときの脱脂温度は400℃〜800℃であることが良く、焼成温度は1800℃〜2200℃であることが良い。なお、前記脱脂工程によって、乾燥体中に含まれている炭素分、即ち撥水性樹脂及び有機バインダの大部分が熱分解される。そして、以上のような工程を経ることによって、固有抵抗値、密度及び平均気孔径の値が上記の所定条件を満たした多孔質セラミックス焼結体が得られる。   Step d: In this step, the dried product obtained in the step c is degreased and fired in an inert atmosphere. The degreasing temperature at this time is preferably 400 ° C. to 800 ° C., and the firing temperature is preferably 1800 ° C. to 2200 ° C. The degreasing step thermally decomposes most of the carbon contained in the dried body, that is, the water repellent resin and the organic binder. And the porous ceramic sintered compact with which the value of a specific resistance value, a density, and the average pore diameter satisfy | filled said predetermined conditions is obtained by passing through the above processes.

以下に、本発明をディーゼルエンジン用の排気ガス浄化装置に具体化した実施例を図1〜図4に基づき詳しく説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine will be described in detail with reference to FIGS.

図4に示されるように、排気ガス浄化装置1は、金属パイプ製のケーシング2を備えている。ケーシング2の通路2aは、内燃機関としてのディーゼルエンジンEの排気管路Eaに接続されている。ケーシング2内には、ディーゼルエンジンEから排出されるガス中の微粒子を除去するために、ハニカム構造を有する排気ガスフィルタ3が配設されている。   As shown in FIG. 4, the exhaust gas purification device 1 includes a casing 2 made of metal pipe. The passage 2a of the casing 2 is connected to an exhaust pipe Ea of a diesel engine E as an internal combustion engine. In the casing 2, an exhaust gas filter 3 having a honeycomb structure is disposed in order to remove particulates in the gas discharged from the diesel engine E.

図1〜図3に示されるように、排気ガスフィルタ3は角柱状(33mm×33mm×150mm)を呈している。フィルタ3には、断面略正方形状の連通孔3aがフィルタ3の軸線方向に沿って規則的に形成されている。各連通孔3aは、厚さ0.3mmの内壁3bによって互いに隔てられている。各連通孔3aの排気ガス流入側または流出側のいずれかの一端は、多孔質焼結体製の封止片3cによって市松模様状に封止されている。その結果、フィルタ3の流入側または流出側のいずれか一方のみに開口するセルC1,C2が形成された状態となっている。セルC1,C2の内壁3bには、図示しないシリカ膜が形成されている。そして、そのシリカ膜には、白金族元素やその他の金属元素及びその酸化物等からなる酸化触媒が担持されている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the exhaust gas filter 3 has a prismatic shape (33 mm × 33 mm × 150 mm). In the filter 3, communication holes 3 a having a substantially square cross section are regularly formed along the axial direction of the filter 3. The communication holes 3a are separated from each other by an inner wall 3b having a thickness of 0.3 mm. One end on either the exhaust gas inflow side or the outflow side of each communication hole 3a is sealed in a checkered pattern by a sealing piece 3c made of a porous sintered body. As a result, cells C1 and C2 that are open only on either the inflow side or the outflow side of the filter 3 are formed. A silica film (not shown) is formed on the inner walls 3b of the cells C1 and C2. And the oxidation catalyst which consists of a platinum group element, another metal element, its oxide, etc. is carry | supported by the silica film.

また、図1〜図3に示されるように、フィルタ3の両端部4の外壁面には、自己発熱用の電極として一対の白金製の電極5が設けられている。図4に示されるように、これらの電極5は、各々配線6を介してバッテリー(12V−2.5kW)7に接続されている。   As shown in FIGS. 1 to 3, a pair of platinum electrodes 5 are provided on the outer wall surfaces of both end portions 4 of the filter 3 as self-heating electrodes. As shown in FIG. 4, these electrodes 5 are each connected to a battery (12V-2.5 kW) 7 via wiring 6.

ここで、フィルタ3を所定の位置に配置し、ディーゼルエンジンEを始動させたときの排気ガスの流れについて説明する。図2にて矢印A1 で示されるように、排気ガスはまずフィルタ3の流入側に開口するセルC1内に導入される。次いで、排気ガスは内壁3bを通過し、隣接するセルC2
、即ち流出側に開口するC2内に導入される。このとき、排気ガス中に含まれる微粒子の移動が内壁3bによって阻止される。よって、微粒子のみが内壁3bにトラップされる。そして、浄化された排気ガスは、流出側に開口するセルC2内を抜けて、最終的にフィルタ3から排出されることになる。
Here, the flow of exhaust gas when the filter 3 is disposed at a predetermined position and the diesel engine E is started will be described. As shown by the arrow A1 in FIG. 2, the exhaust gas is first introduced into the cell C1 that opens to the inflow side of the filter 3. The exhaust gas then passes through the inner wall 3b and is adjacent to the cell C2.
That is, it is introduced into C2 opening on the outflow side. At this time, the movement of the fine particles contained in the exhaust gas is blocked by the inner wall 3b. Therefore, only the fine particles are trapped on the inner wall 3b. Then, the purified exhaust gas passes through the cell C2 opened to the outflow side, and is finally discharged from the filter 3.

この排気ガス浄化装置1の場合、フィルタ3に所定量の微粒子が捕集されたことが検知されると、自動的にフィルタ3の再生処理が行われるようになっている。再生処理においては、図示しない検知手段からの信号に基づき、バッテリー7からフィルタ3への通電が開始される。すると、フィルタ3の自己発熱によってフィルタ3の温度が上昇し、やがて微粒子が着火する。その後、フィルタ3は800℃〜1000℃程度まで加熱され、微粒子が燃焼・消失してしまうまでその温度に維持される。その結果、フィルタ3は、微粒子を捕集する前の元の状態に再生される。   In the case of this exhaust gas purification device 1, when it is detected that a predetermined amount of particulates has been collected in the filter 3, the regeneration processing of the filter 3 is automatically performed. In the regeneration process, energization from the battery 7 to the filter 3 is started based on a signal from a detection unit (not shown). Then, the temperature of the filter 3 rises due to the self-heating of the filter 3, and the fine particles are eventually ignited. Thereafter, the filter 3 is heated to about 800 ° C. to 1000 ° C. and maintained at that temperature until the fine particles are combusted and disappeared. As a result, the filter 3 is regenerated to the original state before collecting the fine particles.

次に、排気ガスフィルタ3の特性評価試験について説明する。この特性評価試験では、表1に示されるように実施例のサンプル(1〜16)と比較例のサンプル(17,18)とをそれぞれ作製した。   Next, the characteristic evaluation test of the exhaust gas filter 3 will be described. In this characteristic evaluation test, as shown in Table 1, sample (1-16) of the example and sample (17, 18) of the comparative example were respectively produced.

Figure 2008030038
Figure 2008030038

例えば、サンプル1では添加剤として窒化アルミニウム粉末を選択し、その粉末の表面を撥水性のある有機樹脂(パラフィン系アミン)によって被覆した。次いで、β型炭化珪素粉末100重量部と窒化アルミニウム15重量部とを乾式混合した。更に、その混合物に有機バインダ(メチルセルロース)と水とを所定分量づつ加えて混練した。そして、この混練物を押出成形することにより、ハニカム状の成形体を得た。次いで、成形体の連通孔3aを多孔質焼結体製の封止片3c形成用のペーストによって封止した後、その両端部4に電極5の形成用の白金ペーストを含浸させた。その後、乾燥機を用いて成形体、封止片3c用ペースト及び電極5用ペーストを乾燥させた。そして、乾燥体を600℃で脱脂した後、更にそれをアルゴン雰囲気下にて2200℃で焼成した。その後、焼結体の両電極5に配線6をろう付けることにより、最終的にサンプル1のフィルタ3とした。   For example, in sample 1, an aluminum nitride powder was selected as an additive, and the surface of the powder was coated with a water-repellent organic resin (paraffinic amine). Next, 100 parts by weight of β-type silicon carbide powder and 15 parts by weight of aluminum nitride were dry mixed. Further, an organic binder (methyl cellulose) and water were added to the mixture in predetermined amounts and kneaded. The kneaded product was extrusion molded to obtain a honeycomb-shaped formed body. Next, after the communication hole 3a of the molded body was sealed with a paste for forming a sealing piece 3c made of a porous sintered body, the both ends 4 were impregnated with a platinum paste for forming an electrode 5. Then, the molded object, the paste for sealing pieces 3c, and the paste for electrodes 5 were dried using the dryer. And after degreasing the dry body at 600 degreeC, it was further baked at 2200 degreeC in argon atmosphere. Then, the filter 6 of the sample 1 was finally obtained by brazing the wiring 6 to both electrodes 5 of the sintered body.

また、上記の手順に準じてサンプル2〜18を作製した。その際、原料組成のみを表1に示されるように変更した。得られたサンプル1〜18における焼結体部分の組成(SiC、添加剤、残留C)を分析した結果を表2に示す。また、サンプル1〜18の平均気孔径(μm)、固有抵抗値(Ω・cm)、密度(g/cm3)を調査した結果を表3に示す。 Samples 2 to 18 were produced according to the above procedure. At that time, only the raw material composition was changed as shown in Table 1. Table 2 shows the results of analyzing the composition (SiC, additive, residual C) of the sintered body portion in the obtained samples 1 to 18. Table 3 shows the results of examining the average pore diameter (μm), specific resistance (Ω · cm), and density (g / cm 3 ) of Samples 1 to 18.

更に、前記各サンプル1〜18を用いて排気ガス浄化装置1を構成し、排気ガスの浄化を行うことにより、捕集効率及び再生状態の良否を調査した。その結果も表3に共に示す。なお、捕集効率の良否は、非再生時にフィルタ3から流出する排気ガス中の微粒子の量を測定することによって判断した。また、再生状態の良否は、微粒子が所定量捕集された後の通電によって微粒子が完全に燃焼除去されるまでに要した時間を測定することによって判断した。   Furthermore, the exhaust gas purification apparatus 1 was comprised using each said samples 1-18, and the quality of collection efficiency and the regeneration state were investigated by purifying exhaust gas. The results are also shown in Table 3. The quality of the collection efficiency was judged by measuring the amount of fine particles in the exhaust gas flowing out from the filter 3 during non-regeneration. In addition, the quality of the regenerated state was judged by measuring the time required until the fine particles were completely burned and removed by energization after a predetermined amount of fine particles were collected.

Figure 2008030038
Figure 2008030038

Figure 2008030038
Figure 2008030038

なお、本発明は上記実施例のみに限定されることはなく、以下のような構成に変更することが可能である。例えば、(a)前記実施例にて示したようなハニカム状のフィルタ3のみに限られず、例えば図5に示されるようなフォーム状構造を持つフィルタ10としても勿論良い。このフィルタ10は、例えば以下のような手順によって作製される。   In addition, this invention is not limited only to the said Example, It can be changed into the following structures. For example, (a) the filter 10 is not limited to the honeycomb-like filter 3 as shown in the above-described embodiment, and may be a filter 10 having a foam-like structure as shown in FIG. The filter 10 is manufactured by the following procedure, for example.

まず、炭化珪素を除く炭化物、窒化物、ホウ化物及び酸化物のうちから選択される少なくとも一種の添加剤粉末の表面を、撥水性のある有機樹脂によって被覆する。次に、α型炭化珪素粉末、β型炭化珪素粉末またはそれらの混合粉末と前記添加剤とを乾式混合した後、その混合物に有機バインダと水とを加えて混練する。更に、前工程にて得られた混練物をウレタンフォーム等の発泡樹脂に含浸させることにより、その混練物を一時的に所定の多孔質形状に保持する。そして、この状態で乾燥を行い、混練物中の水分をある程度蒸発させる。前工程にて得られた乾燥体を脱脂した後、更にそれをアルゴン等の不活性雰囲気下にて焼成する。すると、炭化珪素等の焼結が進行する一方で発泡樹脂が燃焼消失するため、結果としてフォーム状構造を持つフィルタ10が得られることとなる。なお、フォーム状構造を有するフィルタ10の製造方法の利点としては、作製困難な大型のものでも押出成形等によって比較的容易に得ることができることである。   First, the surface of at least one additive powder selected from carbides, nitrides, borides and oxides excluding silicon carbide is coated with a water-repellent organic resin. Next, after α-type silicon carbide powder, β-type silicon carbide powder or a mixed powder thereof and the additive are dry-mixed, an organic binder and water are added to the mixture and kneaded. Furthermore, by impregnating the kneaded product obtained in the previous step with a foamed resin such as urethane foam, the kneaded product is temporarily held in a predetermined porous shape. And it dries in this state and evaporates the water | moisture content in a kneaded material to some extent. After degreasing the dried product obtained in the previous step, it is further fired in an inert atmosphere such as argon. Then, while sintering of silicon carbide or the like proceeds, the foamed resin burns and disappears, and as a result, the filter 10 having a foam-like structure is obtained. An advantage of the manufacturing method of the filter 10 having the foam-like structure is that even a large-sized filter that is difficult to manufacture can be obtained relatively easily by extrusion or the like.

また、混練物を所定形状に保持するための手段は、上記の発泡樹脂のみに限られるわけではない。つまり、連続気孔を有しかつ所定の温度によって燃焼し得るものであれば、保持手段として使用することが可能である。   The means for holding the kneaded material in a predetermined shape is not limited to the above foamed resin. That is, any device having continuous pores and capable of burning at a predetermined temperature can be used as the holding means.

(b)フィルタの構造としては、前述したハニカム構造やフォーム状構造以外にも、例えば三次元網目構造、ヌードル状、ファイバー状等を採用することが勿論可能である。   (B) As a filter structure, it is of course possible to adopt, for example, a three-dimensional network structure, a noodle shape, a fiber shape, etc. in addition to the above-described honeycomb structure or foam-like structure.

(c)図6に示されるように、例えば8個の断面略正方形状のフィルタ3と、4個の断面略二等辺三角形状のフィルタ12とからなる排気ガスフィルタ11とを組み合わせることにより、1つのフィルタ11を構成してもよい。このような構成であると、あまり大きくないフィルタ3,12を用いて、全体として大型のフィルタ11を得ることができる。   (C) As shown in FIG. 6, for example, by combining an exhaust gas filter 11 including eight filters 3 having a substantially square cross section and four filters 12 having a substantially isosceles cross section, 1 Two filters 11 may be configured. With such a configuration, a large filter 11 as a whole can be obtained using the filters 3 and 12 that are not so large.

なお、フィルタ3,12の組み合わせは図6に示したもののみに限られず、使用するフィルタ3,12の数なども勿論変更することが可能である。また、ハニカム構造のフィルタ3,12に代え、フォーム状構造のフィルタ10を用いてもよい。   The combination of the filters 3 and 12 is not limited to the one shown in FIG. 6, and the number of filters 3 and 12 to be used can be changed as a matter of course. Further, a filter 10 having a foam structure may be used instead of the filters 3 and 12 having a honeycomb structure.

(d)本発明のフィルタ3,10,12は、必ずしも自己発熱型として使用しなくてもよい。つまり、バーナーやヒータ等のような外部の発熱手段によって加熱される被加熱型のものとして使用しても勿論よい。   (D) The filters 3, 10, and 12 of the present invention are not necessarily used as a self-heating type. In other words, it may of course be used as a heated type that is heated by an external heat generating means such as a burner or a heater.

(e)自己発熱用の電極5を金属メタライズやスパッタリング等の方法によって作製することができる。また、その際に使用される金属として、白金の以外の高融点金属を選択しても勿論よい。   (E) The self-heating electrode 5 can be produced by a method such as metal metallization or sputtering. Of course, a refractory metal other than platinum may be selected as the metal used at that time.

排気ガスフィルタを示す斜視図である。It is a perspective view which shows an exhaust gas filter. 図1のA−A線における一部破断拡大断面図である。It is a partially broken expanded sectional view in the AA line of FIG. 図2のB−B線における拡大断面図である。It is an expanded sectional view in the BB line of FIG. 排気ガス浄化装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an exhaust-gas purification apparatus. フォーム状構造を持つ別例1の排気ガスフィルタを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the exhaust-gas filter of the another example 1 which has a foam-like structure. 複数のフィルタによって構成される別例2の排気ガスフィルタを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the exhaust-gas filter of the other example 2 comprised by a some filter.

符号の説明Explanation of symbols

E…内燃機関としてのディーゼルエンジン、
3,10,12…フィルタ、
4…両端部、
5…(自己発熱用)電極。
E ... Diesel engine as internal combustion engine,
3, 10, 12 ... filter,
4 ... both ends,
5 ... (for self-heating) electrodes.

Claims (4)

内燃機関の排気ガスを浄化するための多孔質セラミックス製のフィルタにおいて、
前記多孔質セラミックスは、炭化珪素と、炭化珪素結晶粒子どうしの結合部分であるネック部に存在する添加剤との焼成複合材料であって、
前記添加剤が、(1)ネック部に液相を形成する物質、(2)ネック部に固溶体を形成する物質および(3)炭化珪素よりも固有抵抗値の低い物質のうちの少なくとも一つの物質であることを特徴とする排気ガスフィルタ。
In a filter made of porous ceramics for purifying exhaust gas of an internal combustion engine,
The porous ceramic is a fired composite material of silicon carbide and an additive present in a neck portion that is a bonding portion between silicon carbide crystal particles,
The additive is at least one of (1) a substance that forms a liquid phase in the neck part, (2) a substance that forms a solid solution in the neck part, and (3) a substance having a lower specific resistance than silicon carbide. An exhaust gas filter characterized by being.
前記(1)ネック部に液相を形成する物質は、酸化アルミニウムまたは酸化珪素であることを特徴とする請求項1に記載の排気ガスフィルタ。   2. The exhaust gas filter according to claim 1, wherein the substance that forms a liquid phase in the neck portion is aluminum oxide or silicon oxide. 前記(2)ネック部に固溶体を形成する物質は、炭化タングステン、窒化チタンまたは二ホウ化チタンであることを特徴とする請求項1に記載の排気ガスフィルタ。   2. The exhaust gas filter according to claim 1, wherein the substance that forms the solid solution in the neck portion is tungsten carbide, titanium nitride, or titanium diboride. 前記 前記(3)炭化珪素よりも固有抵抗値の低い物質は、窒化ホウ素または窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項1に記載の排気ガスフィルタ。   2. The exhaust gas filter according to claim 1, wherein the substance having a lower specific resistance than (3) silicon carbide is boron nitride or aluminum nitride.
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