JP5137900B2 - Manufacturing method of gas purification filter - Google Patents
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Description
本発明は、ガス浄化フィルタの製造方法に関するものであり、特に高温下で使用されることがあるガス浄化フィルタの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a gas purification filter, and more particularly to a method for manufacturing a gas purification filter that may be used at high temperatures.
高温下で使用されるフィルタの多くでは、加熱されることに起因する亀裂の発生が問題となる。例えば、ディーゼルエンジンから排出されるガスに含まれる粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、「DPF」と称することがある)は、捕集された粒子状物質がある程度堆積した時点で、自己発熱または外部加熱によって粒子状物質を燃焼させる再生処理が行われる。その際に、フィルタ基体における温度分布が不均一になると、熱応力によりフィルタ基体に亀裂が発生するおそれがある。そして、フィルタ基体に亀裂が発生すると、DPFによって捕集されずに排ガスと共に排出される粒子状物質が増大してしまう。 In many filters used at high temperatures, the occurrence of cracks due to heating becomes a problem. For example, a diesel particulate filter (hereinafter sometimes referred to as “DPF”) that collects particulate matter contained in gas discharged from a diesel engine is used when the collected particulate matter has accumulated to some extent. Then, a regeneration process for burning the particulate matter by self-heating or external heating is performed. At this time, if the temperature distribution in the filter base becomes non-uniform, there is a risk that cracks will occur in the filter base due to thermal stress. And when a crack generate | occur | produces in a filter base | substrate, the particulate matter discharged | emitted with waste gas without being collected by DPF will increase.
そこで、従前より、フィルタ基体を複数のセグメントの接合により形成し、セグメント間のシール材層によって熱応力の緩和が図られた接合型のDPFが提案され(例えば、特許文献1参照)、実施されている。ここで、特許文献1の技術は、複数のセグメントを無機繊維,無機バインダー,有機バインダー,及び無機粒子からなるシール材で接着し、各セグメントにおいて発生する熱応力をシール材層で吸収・緩和すると共に、シール材層によって複数のセグメントを強固に接合しようとするものである。
Therefore, a joining type DPF in which a filter base is formed by joining a plurality of segments and thermal stress is mitigated by a sealing material layer between the segments has been proposed (see, for example, Patent Document 1). ing. Here, in the technique of
しかしながら、上記のように複数のセグメントがシール材で接合された従来の接合型DPFでは、熱応力が十分に緩和されているとは言えないのが現状である。例として、炭化珪素質のセラミックスで形成されたセグメントの複数を、炭化珪素質のシール材で接着したDPF100について、粒子状物質を堆積させた後に再生処理を行った際の温度分布を図8に示す。ここで、測定に用いたDPF100は、セル密度150cpsi,隔壁の厚さ0.4mmのセグメント4個×4個をシール材で接合した後、直径5.66インチ,長さ10インチの円柱状に外形を加工したものであり、再生処理は、粒子状物質8g/Lを堆積させた段階で、約680℃まで排ガス温度を上昇させた後でエンジンを一気にアイドリング状態とし、酸素供給量を増加させた環境下で粒子状物質を燃焼させることにより行った。なお、図8は、再生処理の開始後30秒が経過した時点での温度分布を示しており、図中の矢印は排ガスの流通方向を示している。
However, as described above, in the conventional bonded DPF in which a plurality of segments are bonded with a sealing material as described above, it cannot be said that the thermal stress is sufficiently relaxed. As an example, FIG. 8 shows a temperature distribution when a regeneration process is performed after depositing particulate matter on a
図8から、DPF100では再生処理時に温度分布が著しく不均一であることが分かる。即ち、ガス流通の下流側では900℃以上と極めて高温になっており、上流側である端部とでは約250℃の温度差が生じている。また、温度分布は径方向においても不均一であり、下流側ではフィルタ基体の中心部と周縁部とでは約200℃の温度差が生じている。このように、複数のセグメントが接合された接合型のDPFでは、セグメントの位置によって温度が大きく相違し、これに応じて熱膨張率に著しい差異が生じる。また、一般的に高温になるほど、セグメントを構成する材料の熱膨張率とシール材の熱膨張率との差異も大きくなる。その結果、従来の接合型のDPFでは、シール材層では緩和できないほどの大きな熱応力が発生し、亀裂の発生に至ることが多い。
From FIG. 8, it can be seen that in the
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、高温下で使用されることがあるガス浄化フィルタであって、フィルタ基体における温度分布が不均一であっても亀裂が発生しにくいガス浄化フィルタ、の製造方法の提供を課題とするものである。 Therefore, in view of the above circumstances, the present invention is a gas purification filter that may be used at high temperatures, and is a gas purification filter that is unlikely to crack even if the temperature distribution in the filter base is uneven. It is an object to provide a manufacturing method.
上記の課題を解決するため、本発明にかかるガス浄化フィルタの製造方法は、
「ガスの流通路に配設されてガス中の物質を捕集するガス浄化フィルタの製造方法であって、
単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルからなるセグメント成形体を、焼成により多孔質体となる未焼成のセラミックス材料の押出成形により複数成形する成形工程と、
複数の前記セグメント成形体間に、セラミックス材料で形成され前記軸方向の長さが前記セグメント成形体の前記軸方向の長さより短い未焼成の連結体を配設し、隣接する前記セグメント成形体を前記連結体で貼り合わせる貼合工程と、
貼り合わされた前記セグメント成形体及び前記連結体を焼成し、前記セグメント成形体と前記連結体とを焼結させることにより、セグメント部及び前記セグメント部より軸方向の長さが短い連結部が一体化された一体型フィルタ部、及び、隣接する前記セグメント部間に前記連結部が存在しない分離型フィルタ部を備えるフィルタ本体の焼結体を得る焼成工程とを」具備するものである。
In order to solve the above problems, a method for producing a gas purification filter according to the present invention includes:
“A method for producing a gas purification filter that is disposed in a gas flow path and collects a substance in a gas,
A molding step of forming a plurality of segment molded bodies composed of a plurality of cells partitioned by partition walls extending in a single axial direction by extrusion molding of an unfired ceramic material that becomes a porous body by firing,
An unsintered connecting body formed of a ceramic material and having an axial length shorter than the axial length of the segment molded body is disposed between the plurality of segment molded bodies, and the adjacent segment molded bodies are A pasting step of pasting together with the connector;
The segment molded body and the coupling body bonded together are fired, and the segment molded body and the coupling body are sintered, thereby integrating the segment section and the coupling section having a shorter axial length than the segment section. And a firing step of obtaining a sintered body of the filter main body including the separated filter part in which the connecting part does not exist between the adjacent segment parts.
「セグメント成形体」及び「未焼成の連結体」を構成する「セラミックス材料」としては、炭化珪素質、窒化珪素質、コージェライト質、アルミナ質、ムライト質のセラミックス材料を使用することができる。 As the “ceramic material” constituting the “segment molded body” and the “unfired joined body”, silicon carbide, silicon nitride, cordierite, alumina, and mullite ceramic materials can be used.
連結体を形成するためのセラミックス材料の種類は、セグメント成形体を形成するためのセラミックス材料の種類と同じであっても相違していても良いが、両者の熱膨張率が近い方が望ましい。また、セグメント成形体は「焼成により多孔質体となる」ものであるが、連結体は焼成によって多孔質体となるものであっても緻密質体になるものであっても良い。連結体が多孔質体であれば、セグメント成形体が焼結した「セグメント部」のみならず、連結体が焼結した「連結部」によってもフィルタリング作用が発揮される。 The type of the ceramic material for forming the connected body may be the same as or different from the type of the ceramic material for forming the segment molded body, but it is desirable that the thermal expansion coefficients of both are close. In addition, the segment molded body is “becomes a porous body by firing”, but the connected body may be a porous body or a dense body by firing. If the coupling body is a porous body, the filtering action is exhibited not only by the “segment portion” obtained by sintering the segment molded body but also by the “connection portion” obtained by sintering the coupling body.
本発明は、未焼成の連結体として、軸方向の長さがセグメント成形体の軸方向の長さより短いものを使用することを特徴としており、その結果、焼成工程を経て得られた焼結体において、連結部の軸方向の長さはセグメント部の軸方向の長さより短いものとなる。この点で、本発明は、上記のように複数のセグメントを、軸方向の全長にわたってシール材によって接着している従来のフィルタの製造方法と大きく相違している。 The present invention is characterized in that an unfired coupling body is used whose axial length is shorter than the axial length of the segment molded body, and as a result, a sintered body obtained through a firing step. The axial length of the connecting portion is shorter than the axial length of the segment portion. In this respect, the present invention is greatly different from a conventional filter manufacturing method in which a plurality of segments are bonded together with a sealing material over the entire length in the axial direction as described above.
上記構成の本発明により製造されるガス浄化フィルタでは、複数のセグメント部のそれぞれが、隣接するセグメント部と部分的にしか連結されていない。そのため、隣接するセグメント部が連結されていない分離型フィルタ部においては、各セグメント部は隣接するセグメント部によって動きを制限されることなく、伸縮することが可能である。即ち、温度分布が不均一となって、セグメント部ごとに熱膨張率に差異が生じても、個々のセグメント部はそれぞれの熱膨張率で熱膨張する自由度が高い。これにより、熱膨張率の差異に起因して、フィルタ本体に亀裂が発生することが抑制される。 In the gas purification filter manufactured according to the present invention having the above-described configuration, each of the plurality of segment portions is only partially connected to the adjacent segment portion. Therefore, in a separation type filter unit in which adjacent segment units are not connected, each segment unit can be expanded and contracted without being restricted by the adjacent segment units. That is, even if the temperature distribution is non-uniform and the thermal expansion coefficient differs for each segment part, the individual segment parts have a high degree of freedom of thermal expansion at their respective thermal expansion coefficients. This suppresses the occurrence of cracks in the filter body due to the difference in thermal expansion coefficient.
加えて、本発明では、複数のセグメント部を連結している部分を焼成し、焼結体としていることも特徴である。この点でも、無機粉末等をバインダーと混合して得たペースト状のシール材をセグメントの表面に塗布し、隣接するセグメントと接着した後、乾燥処理のみを行って、シール材層は焼成しない従来の接合型フィルタの製造方法と相違する。ここで、従来のフィルタの製造方法においてシール材層を焼成しないのは、シール材層の弾性によって熱応力を緩和することを意図しているためである。これに対し、本発明では、セグメント部間に発生する熱応力を連結部によって緩和させるのではなく、連結部の長さは短くし、個々のセグメント部をそれぞれの熱膨張率に応じて、できるだけ自由に熱膨張させることにより熱応力の発生を抑制する。そのため連結部は、部分的な連結であってもセグメント部間を強固に連結させられることが必要となる。 In addition, the present invention is characterized in that a portion connecting a plurality of segment portions is fired to form a sintered body. Also in this respect, a pasty sealing material obtained by mixing an inorganic powder or the like with a binder is applied to the surface of a segment, and after adhering to an adjacent segment, only a drying treatment is performed, and the sealing material layer is not baked. This is different from the manufacturing method of the junction type filter. Here, the reason why the sealing material layer is not baked in the conventional filter manufacturing method is that the thermal stress is intended to be relaxed by the elasticity of the sealing material layer. On the other hand, in the present invention, the thermal stress generated between the segment portions is not relaxed by the connecting portions, but the length of the connecting portions is shortened, and the individual segment portions are made as much as possible according to the respective thermal expansion coefficients. Generation of thermal stress is suppressed by allowing thermal expansion freely. Therefore, even if a connection part is a partial connection, between segment parts needs to be connected firmly.
そこで、本発明では、セグメント成形体を未焼成の連結体で貼り合わせてから焼成することにより、両部分を焼結により一体化させ、セグメント部を連結する構成である連結部を焼結体とした。ここで、セラミックスの焼結体は、一般的に焼結していないセラミックス材料に比べて常温及び高温下での機械的強度が高い。従って、本発明により製造されるガス浄化フィルタの一体型フィルタ部において、複数のセグメント部は連結部を介して強固に一体化されており、複数のセグメント部の集合体としてのフィルタ本体の形態が保持され易い。これにより、複数のセグメント部が部分的にのみ連結されている構成であっても、フィルタ本体の外形を切削加工する作業や、フィルタ本体をケーシング缶にセットする作業(キャニング)を、支障なく行うことができる。 Therefore, in the present invention, the segment molded body is bonded with an unfired coupling body and then fired to integrate both portions by sintering, and the coupling portion that is configured to couple the segment portions to the sintered body. did. Here, a ceramic sintered body generally has a higher mechanical strength at room temperature and higher temperature than a ceramic material that is not sintered. Therefore, in the integrated filter part of the gas purification filter manufactured according to the present invention, the plurality of segment parts are firmly integrated via the connecting part, and the form of the filter body as an aggregate of the plurality of segment parts is Easy to hold. Thereby, even if it is the structure where the several segment part is connected only partially, the operation | work which cuts the external shape of a filter main body and the operation | work (canning) which sets a filter main body to a casing can are performed without trouble. be able to.
更に、分離型フィルタ部においては、セグメント部において最外周に位置するセルに流入したガスは、隔壁を通過してセグメント部間の空間を流通する。そのため、隣接するセグメント部がシール材で接着されており、シール材層中はガスが流通することができない従来の接合型のフィルタと比べて、本発明により製造されるガス浄化フィルタは、フィルタリングの効率が高いと共に、圧力損失が小さいという利点も有している。 Further, in the separation type filter unit, the gas that has flowed into the cell located at the outermost periphery in the segment unit passes through the partition wall and flows through the space between the segment units. Therefore, the gas purification filter manufactured according to the present invention has a filtering function compared to a conventional joining type filter in which adjacent segment portions are bonded with a sealing material and gas cannot flow in the sealing material layer. It has the advantages of high efficiency and low pressure loss.
加えて、本発明によれば、セグメント成形体を未焼成の連結体で貼り合わせてから焼成するという簡易な工程で、焼結体である連結部によって複数のセグメント部が部分的にのみ連結された構成を得ることができる。 In addition, according to the present invention, a plurality of segment portions are only partially connected by a connecting portion that is a sintered body in a simple process of bonding a segment molded body with an unfired connecting body and then firing. Can be obtained.
本発明にかかるガス浄化フィルタの製造方法は、
「前記貼合工程では、前記連結体によって、隣接する前記セグメント成形体をガス流通の上流となるべき端部側で貼り合わせる」ものとすることができる。
A method for producing a gas purification filter according to the present invention includes:
"In the pasting step, the adjacent segment molded bodies are pasted together on the end side to be upstream of the gas flow by the connecting body".
ガス浄化フィルタがDPFとして用いられた場合、再生処理の際には、上述のように、ガス流通の下流側では上流側に比べてセグメント部が極めて高温となると共に、下流側では上流側に比べて温度分布が著しく不均一となりやすい。 When the gas purification filter is used as a DPF, during the regeneration process, as described above, the segment portion becomes extremely hot at the downstream side of the gas flow compared to the upstream side, and at the downstream side, compared to the upstream side. The temperature distribution tends to be extremely uneven.
本発明では、ガス流通の上流となる端部側でセグメント成形体を連結体によって貼り合わせているため、製造されるガス浄化フィルタでは、複数のセグメント部が連結部で連結されていることによりセグメント部の個々の伸縮が制限されている一体型フィルタ部は、再生処理の際にセグメント部の温度がさほど高くならず、且つ、セグメント部間の温度差も大きくない上流側に形成される。そのため、一体型フィルタ部において個々のセグメント部の自由な伸縮が制限されていることは、熱応力に起因する亀裂の発生につながりにくい。一方、セグメント部が連結されていない分離型フィルタ部は、再生処理時にセグメント部の温度が極めて高温となることがあり、セグメント部間の温度差も大きくなりやすい下流側に形成されることになるため、個々のセグメント部がそれぞれの熱膨張率に応じて自由に熱膨張することができるという本発明の作用を、より効果的に得ることができる。 In the present invention, since the segment molded body is bonded by the connecting body on the end side that is upstream of the gas flow, in the manufactured gas purification filter, the segment is formed by connecting the plurality of segment parts at the connecting part. The integral filter part in which the individual expansion and contraction of the part is restricted is formed on the upstream side where the temperature of the segment part is not so high during the regeneration process and the temperature difference between the segment parts is not large. Therefore, the restriction of the free expansion and contraction of the individual segment portions in the integrated filter portion is unlikely to lead to the occurrence of cracks due to thermal stress. On the other hand, the separation type filter unit to which the segment units are not connected is formed on the downstream side where the temperature of the segment unit may become extremely high during the regeneration process, and the temperature difference between the segment units tends to be large. Therefore, the effect | action of this invention that each segment part can be thermally expanded freely according to each thermal expansion coefficient can be acquired more effectively.
本発明にかかるガス浄化フィルタの製造方法は、
「前記貼合工程において、前記連結体は、隣接する前記セグメント成形体間に前記軸方向に貫通する空間が生じないように配設される」ものとすることができる。
A method for producing a gas purification filter according to the present invention includes:
“In the bonding step, the connecting body is arranged so that a space penetrating in the axial direction does not occur between the adjacent segment molded bodies”.
上記構成により、本発明によって製造されるガス浄化フィルタでは隣接するセグメント間が連結部で閉塞され、フィルタ本体において上流側の端部から下流側の端部まで、隣接するセグメント部間に貫通する空間は存在しないことになる。なお、ここでは、連結体の内部に存在する連続気孔については、上記の“セグメント部間に貫通する空間”という概念に含めていない。 With the above configuration, in the gas purification filter manufactured according to the present invention, the space between adjacent segments is blocked by the connecting portion, and the space penetrating between the adjacent segment portions from the upstream end portion to the downstream end portion in the filter body. Will not exist. Note that, here, the continuous pores existing in the connection body are not included in the concept of the “space penetrating between the segment portions”.
従って、上記構成の本発明によれば、製造されるガス浄化フィルタにおいて、ガス中の物質が捕集されることなく、隣接するセグメント部間を介して外部に排出される事態を防止することができる。 Therefore, according to the present invention having the above-described configuration, in the manufactured gas purification filter, it is possible to prevent a situation in which the substance in the gas is discharged outside through the adjacent segment portions without being collected. it can.
本発明にかかるガス浄化フィルタの製造方法は、上記構成に加え、
「前記焼成工程を経た前記フィルタ本体の前記分離型フィルタ部において、隣接する前記セグメント間に、充填材を前記セグメントの表面に接着することなく充填する非接着材充填工程を」具備するものとすることができる。
The manufacturing method of the gas purification filter according to the present invention includes, in addition to the above configuration,
“In the separation-type filter portion of the filter main body that has undergone the firing step, a non-adhesive filling step of filling a filler between adjacent segments without adhering to the surface of the segment” is provided. be able to.
「非接着材充填層」を形成するために使用する「充填材」としては、シート状のセラミックス焼結体を使用することができ、充填材を隣接するセグメント間に単に挿入することにより「セグメントの表面に接着することなく充填する」ことができる。
As is used to form a "non-adhesive material filling layer", "fillers", it can be used sheet over preparative shaped ceramic sintered body, by simply inserting between adjacent segments of the filler “Fill without sticking to the surface of the segment”.
フィルタ本体において分離型フィルタ部の占める割合が大きい場合、換言すれば、各セグメント部において他のセグメント部と連結されていない部分が長い場合は、ガス浄化フィルタの使用に際して、各セグメント部が振動しやすくなるおそれがある。これに対し、本発明では、分離型フィルタ部のセグメント部間に充填材を充填しているため、製造されたガス浄化フィルタにおいて各セグメント部の振動が低減される。 When the proportion of the separation filter part in the filter body is large, in other words, when the part not connected to other segment parts is long in each segment part, each segment part vibrates when using the gas purification filter. May be easier. On the other hand, in this invention, since the filler is filled between the segment parts of the separation type filter part, the vibration of each segment part is reduced in the manufactured gas purification filter.
加えて、充填材をセグメント部の表面に接着することなく充填しているため、製造されたガス浄化フィルタにおいて、充填材はセグメント部に対して相対的に摺動可能である。これにより、各セグメント部は自由な伸縮を充填材によって制限されることがなく、個々のセグメント部がそれぞれの温度に応じた熱膨張率で自由に熱膨張できるという作用効果が、充填材によって妨げられることのないものとなっている。 In addition, since the filler is filled without adhering to the surface of the segment part, in the manufactured gas purification filter, the filler can slide relative to the segment part. As a result, the free expansion and contraction of each segment portion is not restricted by the filler, and the effect that the individual segment portions can be freely thermally expanded at a thermal expansion coefficient corresponding to the respective temperature is hindered by the filler. It has never been done.
以上のように、本発明の効果として、高温下で使用されることがあるガス浄化フィルタであって、フィルタ基体における温度分布が不均一であっても亀裂が発生しにくいガス浄化フィルタ、の製造方法を提供することができる。 As described above, as an effect of the present invention, a gas purification filter that may be used at a high temperature, and a gas purification filter that is unlikely to crack even if the temperature distribution in the filter base is non-uniform. A method can be provided.
以下、本発明の一実施形態であるガス浄化フィルタの製造方法(以下、単に「製造方法」という)について、図1乃至図6に基づいて説明する。ここでは、ディーゼルエンジンから排出されるガスの流通路に配設されてガス中の粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタの製造方法に、本発明を適用する場合を例示する。なお、焼結体は熱収縮により成形体より全体的にサイズが小さくなるが、このようなサイズ差については図面では表していない。 A gas purification filter manufacturing method (hereinafter simply referred to as “manufacturing method”) according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, the case where this invention is applied to the manufacturing method of the diesel particulate filter arrange | positioned in the flow path of the gas discharged | emitted from a diesel engine and collecting the particulate matter in gas is illustrated. Although the size of the sintered body is smaller than that of the molded body as a whole due to thermal contraction, such a size difference is not shown in the drawing.
本実施形態の製造方法は、主に図1(a)に示すように、単一の軸方向Zに延びて列設された隔壁4により区画された複数のセル5からなるセグメント成形体10gを、焼成により多孔質体となる未焼成のセラミックス材料の押出成形により複数成形する成形工程S1と、各セグメント成形体10gにおいてセル5の一端を交互に封止する目封止工程S2と、複数のセグメント成形体10g間に、セラミックス材料で形成され軸方向Zの長さLがセグメント成形体10gの軸方向Zの長Nさより短い未焼成の連結体11gを配設し、隣接するセグメント成形体10gを連結体11gで貼り合わせる貼合工程S3と、貼り合わされたセグメント成形体10g及び未焼成の連結体11gを焼成し、セグメント成形体10gと連結体11gとを焼結させることによりセグメント部10及びセグメント部10より軸方向の長さが短い連結部11が一体化された一体型フィルタ部Cf、及び、隣接するセグメント部10間に連結部が存在しない分離型フィルタ部Sfを備えるフィルタ本体1aの焼結体15を得る焼成工程S4と、焼結体15の外形を加工し円柱状のフィルタ本体1aを得る外形加工工程S5とを具備している。
In the manufacturing method of the present embodiment, as shown mainly in FIG. 1 (a), a segment molded
より詳細に説明すると、成形工程S1では押出成形により、例えば、図2(a)に示すような四角柱状のセグメント成形体10gを成形する。ここでは、18個×18個のセル5を有し、軸方向Zに垂直な方向における断面形状が正方形であるセグメント成形体10gを例示している。
More specifically, in the molding step S1, for example, a square columnar segment molded
次に、目封止工程S2では、セグメント成形体10gにおいて列設されているセル5のそれぞれについて、セル5の一端または他端のみに目封止材料を充填することにより、図2(b)に示すように、セル5が交互に封止されるように封止部6を形成する。ここで、図2(b)は、セグメント成形体10gの一方の端部近傍において軸方向Zに垂直な面で切断した断面図である。
Next, in the plugging step S2, for each of the
貼合工程S3では、図3に示すように、九つのセグメント成形体10gを3個×3個配置した上で、隣接するセグメント成形体10g間に未焼成の連結体11gを配設し、連結体11gによって隣接するセグメント成形体10gを貼り合わせる。このとき、連結体11gは、隣接するセグメント成形体10g間に軸方向Zに貫通する空間が生じないように貼り付けられる。
In bonding process S3, as shown in FIG. 3, after arrange | positioning nine segment molded
ここで、連結体11gの軸方向Zの長さLはセグメント成形体10gの軸方向Zの長さNより短いため、連結体11gによってセグメント成形体10gを軸方向Zの全長にわたって貼り合わせることはできない。本実施形態では、セグメント成形体10gの一端と連結体11gの端部が一致するように貼り合わせており、より具体的には、セグメント成形体10gにおいて、ガス浄化フィルタの使用時にガス流通の上流側となるべき端部Euに連結体11gを貼り付けている。なお、未焼成の連結体11gとしては、例えば、セグメント成形体10gに用いられたセラミックス材料と同質のセラミックス材料をバインダーと混合し、得られた粘土状の混合物から形成されたシート材を使用することができる。
Here, since the length L in the axial direction Z of the
このようにして複数のセグメント成形体10gが未焼成の連結体11gで貼り合わされた成形体を、焼成工程S4で焼成しフィルタ本体の焼結体15を得る。この焼成工程S4により、セグメント成形体10gと未焼成の連結体11gとが焼結により強固に結合する。その結果、図4に示すように、セグメント成形体10gが焼結して形成されたセグメント部10と、連結体11gが焼結して形成された連結部11とが一体化されている一体型フィルタ部Cfが、ガス流通の上流側となるべき端部Eu側に形成され、隣接するセグメント部10間に連結部が存在しない分離型フィルタ部Sfが、ガス流通の下流側となるべき端部Ed側に形成された、四角柱状のフィルタ本体の焼結体15が得られる。その後、外形加工工程S5で、焼結体15を切削することにより、外形を円柱状に加工する。
In this way, the molded body in which the plurality of segment molded
また、図1(b)に示すように、外形加工工程S5の後に非接着材充填工程S6を行うことにより、図6に示すように、更に非接着材充填層8を備えるフィルタ本体1bを製造することができる。ここで、非接着材充填工程S6は、セグメント部10の表面に接着することなく、隣接するセグメント部10間に、充填材を単に挿入する工程とすることができる。なお、セグメント部10の自由な熱膨張を充填材によって妨げないために、摺動性が良好で耐磨耗性に優れる充填材を用いることが望ましく、かかる充填材としては、セグメント部間の空間に嵌め込まれる寸法のシート状に形成されたセラミックス焼結体を使用する。
Further, as shown in FIG. 1 (b), by performing a non-adhesive filling step S6 after the outer shape processing step S5, a
なお、上記では、成形工程S1に引き続いて目封止工程S2が行われる場合を例示したが、図1(c),(d)に示すように、成形工程S1に引き続いて貼合工程S2’を行い、その後に目封止工程S3’を行うこととしても構わない。 In the above, the case where the plugging step S2 is performed subsequent to the molding step S1 has been illustrated, but as shown in FIGS. 1C and 1D, the bonding step S2 ′ subsequent to the molding step S1. After that, the plugging step S3 ′ may be performed.
上記の製造方法により、次の構成のガス浄化フィルタが得られる。即ち、図1(a)に示す工程S1,S2,S3,S4,S5からなる製造方法、または、図1(c)に示す工程S1,S2’,S3’,S4,S5からなる製造方法によれば、図5に示すように、多孔質セラミックス焼結体で形成され単一の軸方向Zに延びて列設された隔壁4により区画された複数のセル5からそれぞれ構成された複数のセグメント部10、及び、隣接するセグメント部10を連結する連結部11を備えるフィルタ本体1aを具備し、連結部11は、セグメント部10と一体のセラミックス焼結体で形成されていると共に、軸方向Zの長さL’がセグメント部10の軸方向Zの長さN’より短く、フィルタ本体1aは、隣接するセグメント部10が連結部11によって連結されている一体型フィルタ部Cf、及び、隣接するセグメント部10間に連結部11が存在しない分離型フィルタ部Sfから構成されている。
By the above manufacturing method, a gas purification filter having the following configuration is obtained. That is, the manufacturing method including steps S1, S2, S3, S4, and S5 shown in FIG. 1A or the manufacturing method including steps S1, S2 ′, S3 ′, S4, and S5 shown in FIG. According to this, as shown in FIG. 5, a plurality of segments each composed of a plurality of
各セグメント部10において複数のセル5は、一方向に開放したセルと他方向に開放したセルとが交互となるように、それぞれの一端が封止部6によって封止されている。このようにセル5が交互に封止されていることにより、セグメント部10の軸方向Zが排ガスの流通方向に一致するようにガス浄化フィルタをガスの流通路に配設すると、排ガスは上流側に開口したセル5から流入し、多孔質の隔壁4を通過してから下流方向に開口したセルから流出するため、ガスが隔壁4を通過する際に、隔壁4の表面及び気孔内に排ガス中の粒子状物質が捕集される。
In each
また、一体型フィルタ部Cfはフィルタ本体1aにおいてガス流通の上流となるべき端部Eu側に形成されており、分離型フィルタ部Sfはガス流通の下流となるべき端部Ed側に形成されている。加えて、連結部11は図5(c)に示すように、一体型フィルタ部Cfにおいて隣接するセグメント間を閉塞している。
The integral filter portion Cf is formed on the end Eu side that should be upstream of the gas flow in the
更に、図1(b)に示す工程S1,S2,S3,S4,S5,S6からなる製造方法、または、図1(d)に示す工程S1,S2’,S3’,S4,S5,S6からなる製造方法によれば、図6にA−A線端面図に相当する端面図を示すように、上記の構成に加えて、分離型フィルタ部Sfにおいて隣接するセグメント部10間に、セグメント部10の表面に接着されていない充填材により非接着材充填層8が形成されているフィルタ本体1bを得ることができる。
Further, from the manufacturing method including steps S1, S2, S3, S4, S5, and S6 shown in FIG. 1B, or from steps S1, S2 ′, S3 ′, S4, S5, and S6 shown in FIG. According to this manufacturing method, as shown in FIG. 6 which is an end view corresponding to the end view taken along the line AA, in addition to the above configuration, the
このような構成のフィルタ本体1a,1bは、外周面を弾性を有する耐熱材料のシート材で被覆しつつキャニングし、軸方向Zを排ガスの流通方向と一致させて排ガスの流通路に設置することにより、排ガス中から粒子状物質を捕集し除去するDPFとして使用することができる。
The filter
上記構成の本実施形態の製造方法で製造された上記構成のガス浄化フィルタによれば、分離型フィルタ部Sfにおいては、各セグメント部10は隣接するセグメント部10に制限されることなく自由に伸縮することができるため、温度分布が不均一であっても、個々のセグメント部10はそれぞれの温度に応じた熱膨張率で熱膨張することができる。これにより、熱膨張率の差異に起因して、フィルタ本体1a,1bに亀裂が発生することを抑制することができる。
According to the gas purification filter having the above-described configuration manufactured by the manufacturing method of the above-described configuration, each
加えて、連結部11は、焼結によってセグメント部10と強固に一体化している焼結体であるため、部分的な連結であっても、複数のセグメント部10の集合体としてのフィルタ本体1a,1bの形態が保持され易いものとなっている。
In addition, since the connecting
また、DPFとして使用されるガス浄化フィルタは、捕集された粒子状物質を燃焼させて除去する再生処理の際に、ガス流通の下流側では上流側に比べて極めて高温となると共に、温度分布が著しく不均一となる。上記のフィルタ本体1a,1bでは、ガス流通の上流となるべき端部Eu側に、各セグメント部20の自由な伸縮が制限される一体型フィルタ部Cfが設けられ、下流となるべき端部Ed側に各セグメント部が自由に伸縮できる分離型フィルタ部Sfが設けられているため、個々のセグメント部10の自由な熱膨張により熱応力を緩和するという作用を、効果的に発揮することができる。
In addition, the gas purification filter used as the DPF has an extremely high temperature on the downstream side of the gas flow compared to the upstream side during the regeneration process in which the collected particulate matter is burned and removed. Becomes extremely uneven. In the filter
更に、分離型フィルタ部Sfにおいては、セグメント部10において最外周に位置するセル5に流入したガスは、隔壁4を通過してセグメント部10間の空間を流通する。そのため、フィルタリングの効率が高いと共に、圧力損失が小さい。
Further, in the separation type filter unit Sf, the gas that has flowed into the
更に、本実施形態では、隣接するセグメント部10間の空間が連結部11によって閉塞されているため、排ガス中の粒子状物質が、隣接するセグメント部10間を介して外部に排出される事態が防止されている。また、フィルタ本体1bでは、分離型フィルタ部Sfにおいてセグメント部10間に非接着材充填層8が設けられているため、個々のセグメント部10の自由な膨張を許容しつつセグメント部10の振動を抑制することができる。
Furthermore, in this embodiment, since the space between the
ここで、フィルタ本体1a,1bにおいて、セグメント部10の長さN’及び連結部11の長さL’は、それぞれセグメント成形体10gの長さN及び未焼成の連結体11gの長さLが焼成工程における収縮率に応じて短くなった長さである。そして、セグメント成形体10gの長さNに対する連結体11gの長さLが短過ぎるとセグメント成形体10gを連結する力が弱くなるが、実際に、セグメント成形体10gの長さNに対する連結体11gの長さLの比L/Nが1/30のときは、貼合工程S3において連結体11gによってセグメント成形体10gを貼り合わせることが困難であった。一方、連結体11gの長さLがセグメント成形体10gの長さNと等しくなるほど長い場合は、製造されたフィルタ本体1a,1bの分離型フィルタ部Sfにおいて、個々のセグメント部10を自由に熱膨張せるという作用効果が小さいものとなる。そのため、比L/Nは1/2以下であることが望ましい。
Here, in the filter
また、比L/Nを異ならせて製造することにより、比L’/N’の異なる複数のフィルタ本体を用いて、所定温度の炉内で15分保持した後、炉外に出して急冷する熱衝撃試験を行ったところ、比L’/N’が1/15〜2/15のとき、650〜700℃の炉内からの急冷で閉塞型の連結部11に亀裂が生じた。このことから、比L’/N’を上記範囲とすることにより、極めて大きな熱衝撃が加わったときには、一体型フィルタ部Cfで連結部11に亀裂が生じることで、熱衝撃を吸収できることが分かる。なお、連結部11に亀裂が生じたとしても、フィルタ本体1bのように、連結部11より下流側に非接着材充填層8が設けられている場合は、非接着材充填層8で粒子状物質を捕集することが可能であり、セグメント部10間を介して粒子状物質が外部に排出されることを防止することができる。また、極言すれば、複数のセグメント部10の集合体としてのフィルタ本体の形態を連結部11によって保持するという作用は、外形加工工程S5及びキャニング作業を終えるまで得られれば足りる。即ち、その後の使用においては、非接着材充填層8を適切に設けると共にフィルタ本体の外周面とケーシングとの間に被覆材を適切に充填することにより、仮に連結部11に亀裂が生じたとしても、フィルタ本体の形態を保持することが可能である。
Further, by manufacturing with different ratios L / N, using a plurality of filter bodies having different ratios L ′ / N ′, holding them in a furnace at a predetermined temperature for 15 minutes, and then cooling them out of the furnace When the thermal shock test was conducted, when the ratio L ′ / N ′ was 1/15 to 2/15, cracks occurred in the
従って、上記より、比L’/N’は1/15〜1/2であると望ましく、1/15〜2/15であればより望ましい。従って、セグメント成形体10g及び連結体11gの材料として熱収縮率が同程度のセラミックス材料を使用する場合、貼合工程S3において、セグメント成形体10gの長さNに対する連結体11gの長さNの比L/Nは、1/15〜1/2とすると好適であり、1/15〜2/15とすればより好適である。
Therefore, from the above, the ratio L ′ / N ′ is desirably 1/15 to 1/2, and more desirably 1/15 to 2/15. Therefore, when using a ceramic material having the same thermal contraction rate as the material of the segment molded
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。 The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements can be made without departing from the scope of the present invention as described below. And design changes are possible.
例えば、貼合工程S3において、複数のセグメント成形体10gをガス流通の上流となるべき端部Eu側で連結体11gによって貼り合わせることにより、製造されたフィルタ本1a,1bにおいてガス流通の上流となる端部Eu側に一体型フィルタ部が設けられる場合を例示したが、これに限定されず、図7(a)に示すように、セグメント成形体10gの軸方向の中間部分において連結体11gによって貼り合わせることもできる。このような構成の場合、ガス流通の上流となる端部Eu側及び下流となる端部Ed側の両方に分離型フィルタ部Sfが形成され、軸方向Zの長さの中間部分に一体型フィルタ部Cfが形成される。
For example, in the bonding step S3, the plurality of segment molded
或いは、図7(b)に示すように、貼合工程S3において、隣接するセグメント成形体10gをガス流通の上流側で連結体11uによって貼り合わせると共に、ガス流通の下流側でも隣接するセグメント成形体10gを連結体11dによって貼り合わせることができる。このような製造方法により、一端側に一体型フィルタ部Cfと分離型フィルタ部Sfとを共に備える構成のフィルタ本体が製造される。
Alternatively, as shown in FIG. 7 (b), in the bonding step S3, the adjacent segment molded
また、上記では、セグメント成形体10gが四角柱状である場合を例示したが、これに限定されず、例えば、三角柱状とすることもできる。また、最終的なフィルタ本体の外形が円柱状である場合を例示したが、これに限定されず、角柱状や断面が楕円の柱状とすることができる。
Moreover, although the case where the segment molded
加えて、上記では、本発明をディーゼルエンジンから排出されるガスを浄化するDPFに製造する製造方法に適用した場合を例示したが、これに限定されず、その他の内燃機関や蒸気タービン等で使用されるガス浄化フィルタ、即ち、高温下で使用されることがあるガス浄化フィルタの製造方法に広く適用することが可能である。 In addition, in the above, the case where the present invention is applied to a manufacturing method for manufacturing a DPF for purifying gas discharged from a diesel engine is exemplified, but the present invention is not limited to this and is used in other internal combustion engines, steam turbines, and the like. The present invention can be widely applied to a method for manufacturing a gas purification filter that is used, that is, a gas purification filter that may be used at high temperatures.
1a,1b,1c,1d フィルタ本体
4 隔壁
5 セル
8 非接着材充填層
10 セグメント部
10g セグメント成形体
11 連結部
11g 連結体
Cf 一体型フィルタ部
Sf 分離型フィルタ部
Eu ガス流通の上流側となるべき端部
Ed ガス流通の下流側となるべき端部
S1 成形工程
S3,S2’ 貼合工程
S4 焼成工程
S6 非接着材充填工程
1a, 1b, 1c, 1d Filter body 4
Claims (1)
単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルからなるセグメント成形体を、焼成により多孔質体となる未焼成のセラミックス材料の押出成形により複数成形する成形工程と、
複数の前記セグメント成形体間に、セラミックス材料で形成され前記軸方向の長さが前記セグメント成形体の前記軸方向の長さより短い未焼成の連結体を配設し、隣接する前記セグメント成形体を前記連結体で貼り合わせる貼合工程と、
貼り合わされた前記セグメント成形体及び前記連結体を焼成し、前記セグメント成形体と前記連結体とを焼結させることにより、セグメント部及び前記セグメント部より軸方向の長さが短い連結部が一体化された一体型フィルタ部、及び、隣接する前記セグメント部間に前記連結部が存在しない分離型フィルタ部を備えるフィルタ本体の焼結体を得る焼成工程とを具備し、
前記貼合工程では、前記連結体によって、隣接する前記セグメント成形体をガス流通の上流となるべき端部側で貼り合わせると共に、前記連結体は、隣接する前記セグメント成形体間に前記軸方向に貫通する空間が生じないように配設され、
前記焼成工程を経た前記フィルタ本体の前記分離型フィルタ部において、隣接する前記セグメント部間に、シート状に形成されたセラミックス焼結体からなる充填材を、前記セグメント部の表面に接着することなく充填する非接着材充填工程を更に具備する
ことを特徴とするガス浄化フィルタの製造方法。
A method for producing a gas purification filter that is disposed in a gas flow path and collects a substance in a gas,
A molding step of forming a plurality of segment molded bodies composed of a plurality of cells partitioned by partition walls extending in a single axial direction by extrusion molding of an unfired ceramic material that becomes a porous body by firing,
An unsintered connecting body formed of a ceramic material and having an axial length shorter than the axial length of the segment molded body is disposed between the plurality of segment molded bodies, and the adjacent segment molded bodies are A pasting step of pasting together with the connector;
The segment molded body and the coupling body bonded together are fired, and the segment molded body and the coupling body are sintered, thereby integrating the segment section and the coupling section having a shorter axial length than the segment section. And a firing step of obtaining a sintered body of a filter main body including a separate filter part including the separated filter part in which the connecting part does not exist between the adjacent segment parts ,
In the bonding step, the adjacent segment molded bodies are bonded to each other on the end side to be upstream of the gas flow by the connecting body, and the connecting body is interposed between the adjacent segment molded bodies in the axial direction. Arranged so that there is no space to penetrate,
In the separation-type filter portion of the filter body that has undergone the firing step, a filler made of a ceramic sintered body formed in a sheet shape between the adjacent segment portions is bonded to the surface of the segment portion. Further comprising a non-adhesive filling process for filling.
A method for producing a gas purification filter , characterized in that :
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