JP2009137212A

JP2009137212A - 排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法

Info

Publication number: JP2009137212A
Application number: JP2007317553A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kidokoro; 敦城所; Koji Yoshida; 浩二吉田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-06-25
Also published as: EP2067758A1; US20090146349A1

Abstract

【課題】ハニカム構造体と金属電極との組合せを容易にし、製造効率を向上した排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックを材料として形成されたハニカム構造体２の内部に、複数の貫通孔２ａ、及び貫通孔２ａを画定する隔壁２ｂが形成されている。ハニカム構造体２の外周部を金属電極３ａが覆っており、金属電極３ａが貫通孔２ａに沿って延在している。ハニカム構造体２の隔壁２ｂ内には金属電極３ｂ〜３ｅが埋め込まれており、金属電極３ｂ〜３ｅが貫通孔２ａに沿って延在している。ハニカム構造体２を押出し成形する際に、金属電極３ａ〜３ｅはハニカム構造体２の押出し成形に用いる金型の内部に配置される。したがって、ハニカム構造体２を押出し成形する際に、ハニカム構造体２と金属電極３ａ〜３ｅとが一体となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、排気ガスに含まれる有害成分を浄化する、排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法に関する。

特許文献１には、多孔質のセラミックからなるハニカム構造体を備えた排気ガスのプラズマ処理装置が開示されている。これによれば、ハニカム構造体の内部には、菱形の断面形状を有する複数の貫通孔が格子状に形成されており、これらの貫通孔を画定している隔壁に、排気ガスに含まれる有害成分である煤が捕集される。貫通孔の頂点部に位置する隔壁の内部には、貫通孔に沿って延びる導線状の金属電極が埋め込まれており、これらの金属電極が電源に接続されている。電源が金属電極に電圧を印加すると、貫通孔の内部にプラズマが発生し、隔壁に捕集された煤が酸化され、ハニカム構造体から除去される。

特表２００５−５３１４０１号公報

ここで、特許文献１に記載のプラズマ処理装置のように、金属電極が、ハニカム構造体の内部を貫通孔に沿って延びる構成とする場合、プラズマ処理装置の製造時に、ハニカム構造体の内部に金属電極を埋め込む作業が必要になる。しかしながら、ハニカム構造体は割れやすいセラミックを材料として形成されているため、ハニカム構造体と金属電極とを組み合わせることは容易ではなく、製造効率を向上することが困難であるという問題点を有していた。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ハニカム構造体と金属電極との組合せを容易にし、製造効率を向上した排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法は、排気ガスが通過する複数の貫通孔を内部に有し、誘電体からなるハニカム構造体と、貫通孔を間に挟んで配置されるとともに、貫通孔に沿って延在する複数の金属電極とを備え、金属電極に電圧を印加して、貫通孔の内部にプラズマを発生させることによって、排気ガスの有害成分を浄化する排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法において、ハニカム構造体を押出し成形するための金型内に金属電極を配置し、誘電体の材料から、ハニカム構造体を押出し成形することによって、ハニカム構造体と金属電極とを一体とすることを特徴とするものである。

ハニカム構造体を押出し成形するための金型内に金属電極を配置して、ハニカム構造体の押出し成形を行なうので、ハニカム構造体の材料である誘電体材料が硬化して割れやすくなる前に、ハニカム構造体と金属電極とが一体となる。また、ハニカム構造体と金属電極とが予め一体となるので、プラズマ処理装置の組立工程時における部品点数が低減される。したがって、排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法において、ハニカム構造体と金属電極との組合せを容易にし、製造効率を向上することが実現できる。

誘電体の材料が、貫通孔を通過する排気ガスに含まれる煤を捕集する多孔質材料であってもよい。排気ガス中の煤を除去するためのプラズマ処理装置の製造方法において、ハニカム構造体と金属電極との組合せを容易にし、製造効率を向上することが可能となる。
貫通孔に沿った方向への、ハニカム構造体に対する、金属電極の移動を拘束する脱落防止部材を設けてもよい。金属電極がハニカム構造体から剥離した場合においても、金属電極がハニカム構造体から脱落することを防止できる。

この発明によれば、排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法において、ハニカム構造体と金属電極とを容易に組み合わせ、製造効率を向上することが可能となる。

以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、この実施の形態１に係る排気ガスのプラズマ処理装置１（以下、プラズマ処理装置１と略称する）の構造について、図１〜４を用いて説明する。尚、プラズマ処理装置１を車両へ搭載する場合において、プラズマ処理装置１は図示しないエンジンの排気管に設けられ、エンジンの排気ガスがプラズマ処理装置１内に流入するように構成される。

図１に示すように、プラズマ処理装置１は、矩形の断面形状を有する箱形のハニカム構造体２を備えている。ハニカム構造体２は、誘電体である多孔質のセラミックを材料として形成されたスルーフロータイプのディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと略称する）であって、その内部には、矩形の断面形状を有する複数の貫通孔２ａ、及び貫通孔２ａを画定する隔壁２ｂが形成されている。複数の貫通孔２ａは、格子状に配置されるとともに互いに平行に延びており、ハニカム構造体２の一方の側面２ｃから他方の側面２ｄに貫通している。プラズマ処理装置１内に流入した排気ガスは、図１の矢印Ａで示される方向に流通してハニカム構造体２の貫通孔２ａ内を通過し、この通過の際に、排気ガスに含まれる煤（ディーゼルパティキュレート、以下ＰＭと略称する）が、隔壁２ｂに捕集される。

また、プラズマ処理装置１は、ハニカム構造体２の外周部を覆う金属電極３ａと、ハニカム構造体２の内部に埋め込まれた金属電極３ｂ〜３ｅとを備えている。これらのうち、金属電極３ａ〜３ｄ（図２参照）は、薄板状の金属を、両側部が開口した中空の箱形に形成した電極となっている。金属電極３ａ〜３ｄは、互いに異なる大きさを有する矩形の断面形状を有しており、金属電極３ａの内周側に、金属電極３ｂ〜３ｄが順次重ねられるように配置されている。一方、金属電極３ｅは、金属電極３ａ〜３ｄを形成する金属を導線状に形成した電極であって、金属電極３ａ〜３ｄのうち、最も内周側に位置する金属電極３ｄの中心部を貫通するように配置されている。

図３に示すように、金属電極３ａ〜３ｅのうち、最も外周側に位置する金属電極３ａは、ハニカム構造体２の外周部に当接した状態でハニカム構造体２を覆っている。一方、金属電極３ａの内周側に配置された金属電極３ｂ〜３ｅは、ハニカム構造体２の貫通孔２ａを画定する隔壁２ｂの内部に埋め込まれた状態となっている。また、各金属電極３ａ〜３ｅは、図３の矢印Ｘで示す方向、及び矢印Ｙで示す方向に隣り合う金属電極との間に、ともに２列の貫通孔２ａを挟んだ状態となるように配置されている。すなわち、金属電極３ａ〜３ｅは、その両面または片面を隔壁２ｂに覆われた状態、且つ、互いに隣り合う金属電極同士が、貫通孔２ａ及び隔壁２ｂを間に挟んだ状態で、図３の矢印Ｘ及びＹ方向において一定の間隔で配置された構造となっている。また、図４に示すように、以上のように配置された金属電極３ａ〜３ｅが、ハニカム構造体２の外周部及び内部を、貫通孔２ａに沿って延在する構造となっている。

図１に戻って、金属電極３ａ〜３ｅには、プラズマ処理装置１の外部に設けられた交流電源４が接続されている。金属電極３ａ〜３ｅと交流電源４とを接続する２本の配線のうち、一方は金属電極３ａ、３ｃ、３ｅに、他方は金属電極３ｂ、３ｄに接続されており、隣り合う金属電極に接続される交流電源４の極性が、互いに異なった状態となっている。尚、金属電極３ａ〜３ｅのうち、最も外周側に配置されてハニカム構造体２の外周部を覆う金属電極３ａを、交流電源４のクール側、すなわち接地される側に接続することにより、金属電極３ａをプラズマ処理装置１の容器として用いることも可能である。

次に、この発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置１の動作について説明する。
図１に示すように、図示しないエンジンの排気ガスは矢印Ａで示される方向に流通してプラズマ処理装置１内に流入し、ハニカム構造体２の各貫通孔２ａ内を通過する。ここで、ハニカム構造体２は、多孔質のセラミックを材料として形成されているため、排気ガスに含まれるＰＭは、排気ガスが貫通孔２ａ内を通過する際に、貫通孔２ａを画定している隔壁２ｂに捕集される。

ハニカム構造体２に捕集されたＰＭが堆積して所定の量になると、交流電源４が、金属電極３ａ〜３ｅに電圧を印加する。ここで、金属電極３ａ〜３ｅと交流電源４とは、隣り合う金属電極に対して極性が互いに異なるように接続されている。したがって、金属電極３ａの片面、及び金属電極３ｂ〜３ｅを覆う隔壁２ｂが誘電体となり、金属電極３ａ〜３ｅの間に位置している各貫通孔２ａの内部にプラズマが発生する。貫通孔２ａの内部にプラズマが発生すると、ハニカム構造体２の隔壁２ｂに捕集されていたＰＭが酸化されて除去される。

続いて、この発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置１の製造方法について説明する。
図５に、ハニカム構造体２を成形するための押出し成形機５を示す。押出し成形機５は、内部にセラミック原料が充填される筒状の原料通路６を備えており、その先端部６ａの内部には、ハニカム構造体２を成形するための金型７が設けられている。ここで、セラミック原料とは、ハニカム構造体２の材料であるセラミックの粉体に、水やバインダー等が混合されて粘土状になったものである。また、押出し成形機５は、図示しない加圧装置を備えており、原料通路６内に充填されたセラミック原料に対して、図５の矢印Ｃで示す方向に圧力を加える。圧力を加えられた原料通路６内のセラミック原料は、金型７の内部を通過してハニカム構造体２の形状に成形され、押出し成形機５の外部に押出される。

このように、押出し成形機５によってハニカム構造体２を成形する際に、金型７の内部に金属電極３ａ〜３ｅが配置される。図６に示すように、金型７は、原料通路６の先端部６ａの内周面に当接する外周部７ａを有しており、その内周側に、ハニカム構造体２の貫通孔２ａを形成するための貫通孔形成部７ｂが形成されている。金属電極３ａ〜３ｅのうち、最も外周側に位置する金属電極３ａは、金型７の外周部７ａに当接し、且つ、その内周側に位置する貫通孔形成部７ｂに当接しない状態で、金型７の内部に配置される。また、金属電極３ａの内周側に位置する金属電極３ｂ〜３ｅは、その両面側に位置する貫通孔形成部７ｂと当接しない状態で、金型７の内部に配置される。

金属電極３ａ〜３ｅを以上のように配置した状態で、金型７内にセラミック材料を導入すると、セラミック原料は、金属電極３ａの内周側である片面、及び金属電極３ｂ〜３ｅを覆いながら金型７の内部を通過し、金属電極３ａ〜３ｅとともに押出し成形機５の外部に押出される。金属電極３ａ〜３ｅとともに押出し成形機５の外部に押出されたセラミック原料は、乾燥及び焼成等の工程を経ることにより、金属電極３ａが外周部に配置され、金属電極３ｂ〜３ｅが内部に埋め込まれた状態のハニカム構造体２となる。ここで、ハニカム構造体２の外周部に金属電極３ａが配置され、且つハニカム構造体２の内部に金属電極３ｂ〜３ｅが埋め込まれているため、ハニカム構造体２の強度は、金属電極３ａ〜３ｅに補強されて向上した状態となっている。

このように、ハニカム構造体２を押出し成形するための金型７の内部に金属電極３ａ〜３ｅを配置して、ハニカム構造体２の押出し成形を行なうので、ハニカム構造体２の材料であるセラミックが硬化して割れやすくなる前に、ハニカム構造体２と金属電極３ａ〜３ｅとが一体となる。また、ハニカム構造体２と金属電極３ａ〜３ｅとが予め一体となるので、プラズマ処理装置１の組立工程時における部品点数が低減される。したがって、排気ガスのプラズマ処理装置１の製造方法において、ハニカム構造体２と金属電極３ａ〜３ｅとの組合せを容易にし、製造効率を向上することが実現できる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る排気ガスのプラズマ処理装置について、図７を用いて説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜６の参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
実施の形態２に係る排気ガスのプラズマ処理装置は、実施の形態１に係るプラズマ処理装置の製造方法によって、ハニカム構造体２と金属電極３ａ〜３ｅとを一体とした後に、ハニカム構造体２の両側部に、脱落防止部材を設けたものである。

図７に示すように、金属電極３ａ〜３ｅと一体となったハニカム構造体２の一方の側面２ｃ、及び他方の側面２ｄには、セラミックを材料として形成された脱落防止部材１２、１３がそれぞれ設けられており、ハニカム構造体２に対して、接着等によって固定されている。脱落防止部材１２、１３は、ハニカム構造体２と同様の断面形状を有する箱形の部材であって、その内部には、ハニカム構造体２の貫通孔２ａと同様の貫通孔１２ａ、１３ａ、及びこれらを画定する隔壁１２ｂ、１３ｂがそれぞれ形成されている。すなわち、排気ガスが、脱落防止部材１２の貫通孔１２ａ、ハニカム構造体２の貫通孔２ａ、脱落防止部材１３の貫通孔１３ａを順次通過する構成となっている。また、脱落防止部材１２、１３の外周部及び内部には金属電極が設けられておらず、金属電極３ａ〜３ｅの両端部が、脱落防止部材１２、１３の隔壁１２ｂ、１３ｂに当接する。したがって、金属電極３ａ〜３ｂが貫通孔２ａに沿って延在する方向において、金属電極３ａ〜３ｂは、その両端部においても脱落防止部材１２、１３によって支持されて、ハニカム構造体２に対して固定された状態となっている。その他の構成、及びプラズマ処理装置１の製造方法については、実施の形態１と同様である。
このように、ハニカム構造体２の両側部に、脱落防止部材１２、１３を設けたので、金属電極３ａ〜３ｅが、その両端部においても脱落防止部材１２、１３によって支持された状態でハニカム構造体２に対して固定される。したがって、金属電極３ａ〜３ｅがハニカム構造体２から剥離した場合においても、金属電極３ａ〜３ｅがハニカム構造体２から脱落することが防止される。

実施の形態１、２において、ハニカム構造体の形状を箱形とし、金属電極の形状を箱形または導線状としたが、これらの形状を限定するものではない。例えば、図８に示すように、ハニカム構造体２２を円筒形状とし、その内部に、薄板状の金属電極２３ａ、２３ｂを平行に配置した層状の構成とすることも可能である。
実施の形態１、２において、ハニカム構造体をスルーフロータイプのＤＰＦとしたが、ＤＰＦの方式を限定するものではない。例えば、金属電極をメッシュ状の金属で形成して排気ガスが通過可能とすることにより、ハニカム構造体をウォールフロータイプのＤＰＦとすることも可能である。
また、実施の形態１、２において、ハニカム構造体は、排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦとして成形されたが、ハニカム構造体がＤＰＦの機能を有することに限定するものではない。ハニカム構造体を、ＰＭを捕集しない材料から成形した場合においても、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や一酸化窒素（ＮＯ）等の有害成分を、プラズマによって酸化して、排気ガスを浄化することが可能である。

この発明の実施の形態１に係る排気ガスのプラズマ処理装置の構成を概略的に示す斜視図である。実施の形態１における金属電極を概略的に示す斜視図である。実施の形態１に係る排気ガスのプラズマ処理装置の構造を示す部分正面図である。実施の形態１に係る排気ガスのプラズマ処理装置の構造を説明するため、図３のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示した部分断面側面図である。実施の形態１における押出し成形機を概略的に示す断面側面図である。実施の形態１における金型を概略的に説明するため、図５のＩＶ−ＩＶ断面を示した正面図である。この発明の実施の形態２に係る排気ガスのプラズマ処理装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。この発明に係る排気ガスのプラズマ処理装置におけるハニカム構造体及び金属電極を、実施の形態１、２以外の形状とした場合の構成を概略的に示す正面図である。

符号の説明

１排気ガスのプラズマ処理装置、２，２２ハニカム構造体、２ａ貫通孔、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，２３ａ金属電極、７金型、１２，１３脱落防止部材。

Claims

排気ガスが通過する複数の貫通孔を内部に有する、誘電体からなるハニカム構造体と、
前記貫通孔を間に挟んで配置されるとともに、前記貫通孔に沿って延在する複数の金属電極と
を備え、前記金属電極に電圧を印加して、前記貫通孔の内部にプラズマを発生させることによって、前記排気ガスに含まれる有害成分を浄化する排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法において、
前記ハニカム構造体を押出し成形するための金型内に前記金属電極を配置し、
前記誘電体の材料から、前記ハニカム構造体を押出し成形することによって、前記ハニカム構造体と前記金属電極とを一体とすることを特徴とする排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法。
前記誘電体の前記材料が、前記貫通孔を通過する前記排気ガスに含まれる煤を捕集する多孔質材料である請求項１に記載の排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法。
前記貫通孔に沿った方向への、前記ハニカム構造体に対する、前記金属電極の移動を拘束する脱落防止部材を設ける請求項１または２に記載の排気ガスのプラズマ処理装置の製造方法。