JP6934436B2 - A method for preparing a sample for cross-section observation of a collection filter and a method for evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter. - Google Patents
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Description
本発明は、捕集フィルタ断面観察試料の作製方法、及び捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を評価する方法に関する。 The present invention relates to a method for preparing a sample for cross-section observation of a collection filter and a method for evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter.
内燃機関などから排出される排気ガス中の粒子状物質は、人体、環境などへの影響が大きいため、大気への放出を防止する必要性が高まっている。特に、ディーゼルエンジン及びガソリン直噴エンジンから排出されるPM(パティキュレートマター)は、上記影響が甚大であり、PMの規制は、世界的に強化されている。このような背景に伴い、粒子状物質を捕集する捕集フィルタにおいて、粒子状物質がどのように捕集されているのかを評価することが必要となっている。そこで、カッターナイフなどを用いて捕集フィルタを切断加工し、その断面を顕微鏡観察することにより、粒子状物質の捕集状態を評価していた。 Particulate matter in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine or the like has a great influence on the human body, the environment, etc., so there is an increasing need to prevent it from being released into the atmosphere. In particular, PM (particulate matter) emitted from diesel engines and gasoline direct injection engines has a great influence as described above, and PM regulations are being tightened worldwide. Against this background, it is necessary to evaluate how the particulate matter is collected in the collection filter that collects the particulate matter. Therefore, the collection filter was cut using a cutter knife or the like, and the cross section of the filter was observed under a microscope to evaluate the collection state of particulate matter.
しかしながら、カッターナイフなどを用いて捕集フィルタを切断加工した場合、切断粉が断面に付着し易い。切断粉は、顕微鏡観察した際に粒子状物質との区別がつき難いため、粒子状物質の捕集状態を正確に評価できないという問題があった。特に、炭化珪素などから形成された捕集フィルタを評価する場合に、この問題が顕著である。 However, when the collection filter is cut using a cutter knife or the like, the cutting powder easily adheres to the cross section. Since it is difficult to distinguish the cut powder from the particulate matter when observed under a microscope, there is a problem that the collected state of the particulate matter cannot be accurately evaluated. In particular, this problem is remarkable when evaluating a collection filter formed of silicon carbide or the like.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を正確に評価することが可能な捕集フィルタ断面観察試料の作製方法を提供することを目的とする。また、本発明は、捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を正確に評価する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method for preparing a cross-section observation sample of a collection filter capable of accurately evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter. The purpose is to provide. Another object of the present invention is to provide a method for accurately evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter.
本発明者らは、捕集フィルタの断面形成位置の少なくとも対向する2つの表面に切り込み部を形成した後、捕集フィルタを支持しながら切り込み部に負荷を加えて破断させることにより、上記の問題を解決することが可能な捕集フィルタ断面観察試料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have formed the above-mentioned problems by forming cut portions on at least two surfaces facing each other at the cross-sectional formation positions of the collection filter, and then applying a load to the cut portions to break the cut portions while supporting the collection filter. We have found that a collection filter cross-section observation sample capable of solving the above problems can be obtained, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、粒子状物質の捕集状態を評価するための捕集フィルタ断面観察試料の作製方法であって、捕集フィルタの断面形成位置の少なくとも対向する2つの表面に切り込み部を形成する工程と、前記捕集フィルタを支持しながら前記切り込み部に負荷を加えて破断させる工程とを含む、捕集フィルタ断面観察試料の作製方法である。 That is, the present invention is a method for preparing a sample for cross-section observation of a collection filter for evaluating the collection state of particulate matter, in which cut portions are formed on at least two opposing surfaces of the cross-section formation positions of the collection filter. This is a method for producing a cross-section observation sample of a collection filter, which comprises a step of performing the process and a step of applying a load to the cut portion to break the cut portion while supporting the collection filter.
また、本発明は、捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を評価する方法であって、前記作製方法によって得られた前記捕集フィルタ断面観察試料の断面を光学顕微鏡で観察する方法である。 Further, the present invention is a method for evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter, and is a method for observing the cross section of the collection filter cross-sectional observation sample obtained by the production method with an optical microscope. ..
本発明によれば、捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を正確に評価することが可能な捕集フィルタ断面観察試料の作製方法を提供することができる。また、本発明によれば、捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を正確に評価する方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for preparing a cross-section observation sample of a collection filter capable of accurately evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for accurately evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter.
以下、本発明の捕集フィルタ断面観察試料の作製方法、及び捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を評価する方法の好適な実施の形態について、具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、改良などを行うことができる。各実施形態に開示されている複数の構成要素は、適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Hereinafter, preferred embodiments of the method for preparing a sample for observing a cross section of a collection filter of the present invention and the method for evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter will be specifically described. It should not be construed as being limited to the above, and various changes and improvements can be made based on the knowledge of those skilled in the art as long as it does not deviate from the gist of the present invention. The plurality of components disclosed in each embodiment can form various inventions by appropriate combinations. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment, or components of different embodiments may be combined as appropriate.
(捕集フィルタ断面観察試料の作製方法)
本実施形態の捕集フィルタ断面観察試料の作製方法は、捕集フィルタの断面形成位置の少なくとも対向する2つの表面に切り込み部を形成する工程と、捕集フィルタを支持しながら切り込み部に負荷を加えて破断させる工程とを含む。
(Method of preparing a sample for cross-section observation of a collection filter)
The method for preparing the cross-section observation sample of the collection filter of the present embodiment includes a step of forming a notch on at least two surfaces facing each other at the cross-section formation position of the collection filter, and a load is applied to the notch while supporting the collection filter. In addition, it includes a step of breaking.
本実施形態の捕集フィルタ断面観察試料の作製方法に用いられる捕集フィルタとしては、特に限定されず、DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)、GPF(ガソリンパティキュレートフィルタ)などであることができる。捕集フィルタは、捕集フィルタ断面観察試料の作製を容易にする観点から、適切なサイズ及び形状に予め切断加工しておくことが好ましい。捕集フィルタのサイズ及び形状は、特に限定されないが、例えば、軸方向長さが40〜150mm、軸方向に直交する断面の一辺が10〜20mmである四角柱状とすればよい。 The collection filter used in the method for preparing a cross-section observation sample of the collection filter of the present embodiment is not particularly limited, and may be a DPF (diesel particulate filter), a GPF (gasoline particulate filter), or the like. The collection filter is preferably pre-cut to an appropriate size and shape from the viewpoint of facilitating the preparation of a collection filter cross-section observation sample. The size and shape of the collection filter are not particularly limited, but may be, for example, a square columnar having an axial length of 40 to 150 mm and a cross section orthogonal to the axial direction of 10 to 20 mm.
図1は、本実施形態の捕集フィルタ断面観察試料の作製方法に用いられる捕集フィルタの一例を示す斜視図である。図1において、捕集フィルタ1は、第1端面2から第2端面3まで貫通して流体の流路を形成する複数のセル4を区画形成する隔壁5を有するハニカム構造体である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a collection filter used in the method for preparing a cross-sectional observation sample of the collection filter of the present embodiment. In FIG. 1, the
捕集フィルタ1を構成する材料としては、特に限定されないが、セラミックスから形成されていることが好ましい。セラミックスの例としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、コージェライト−炭化珪素系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウムなどが挙げられる。これらの中でも、炭化珪素又は珪素−炭化珪素系複合材料から形成される捕集フィルタ1は、カッターナイフなどを用いて切断加工した場合に切断粉と粒子状物質との区別がつき難いため、本実施形態の捕集フィルタ断面観察試料の作製に用いるのに適している。なお、「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素を骨材とし、珪素を結合材として形成された複合材料である。ここで、本明細書において「主成分」とは、全成分に占める割合が50質量%を超える成分を意味する。
The material constituting the
捕集フィルタ1の形状としては、特に限定されないが、四角柱状、六角柱状、八角柱状などの多角柱状、円柱状又は楕円柱状である。
The shape of the
本実施形態の捕集フィルタ断面観察試料の作製方法では、まず、捕集フィルタ1の断面形成位置6の少なくとも対向する2つの表面に切り込み部を形成する。
ここで、本明細書において「断面形成位置6」とは、断面を形成すべき位置のことを意味する。
捕集フィルタ1の断面形成位置6は、特に限定されず、観察者によって適宜選択されることができる。典型的には、捕集フィルタ1の断面形成位置6は、ハニカム構造体の軸方向に直交する方向にある。この場合、捕集フィルタ1の断面は、ハニカム構造体の軸方向に直交する方向に形成される。
In the method for producing a cross-section observation sample of a collection filter of the present embodiment, first, cut portions are formed on at least two opposing surfaces of the
Here, in the present specification, the “
The
図2は、捕集フィルタ1の断面形成位置6の対向する2つの表面(上面及び下面)に切り込み部7を形成した状態を示す捕集フィルタの側面図である。対向する2つの表面に切り込み部7を形成することにより、これらの切り込み部7が、負荷によって破断させる際の起点及び終点となるため、平坦な断面が形成され易くなる。平坦な断面は、顕微鏡観察の際にピントを合わせ易くすることができるため、断面観察が容易になる。
図3は、捕集フィルタ1の断面形成位置6の表面全体に切り込み部7を形成した状態を示す捕集フィルタ1の側面図である。表面全体に切り込み部7を形成することにより、平坦な断面がより一層形成され易くなるため、上記の効果を安定して得ることができる。
FIG. 2 is a side view of the collection filter showing a state in which cut
FIG. 3 is a side view of the
切り込み部7を形成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、カッターナイフ、レーザーなどの切り込み手段を用いて切り込み部7を形成することができる。
The method for forming the
切り込み部7の深さとしては、特に限定されず、捕集フィルタ1の大きさに応じて適宜調整すればよい。典型的には、切り込み部7の深さは、平坦な断面を形成する観点から、切り込み方向の捕集フィルタ1の長さの1/15以上であることが好ましく、1/13以上であることが好ましい。また、切り込み部7の深さは、切り込み粉が断面に付着することを防止する観点から、切り込み方向の捕集フィルタ1の長さの1/5以下であることが好ましく、1/8以下であることが好ましい。
The depth of the
切り込み部7の幅としては、特に限定されないが、平坦な断面を形成する観点から、典型的に0.1mm〜3mm、好ましくは0.5mm〜2mm、より好ましくは0.5〜1.5mmである。
The width of the
次に、切り込み部7が形成された捕集フィルタ1は、捕集フィルタ1を支持しながら切り込み部7に負荷を加えることによって破断させる。このようにして断面を形成することにより、カッターナイフなどを用いて切断加工した場合のように切断粉が断面に付着することを抑制することができる。また、捕集フィルタ1を支持しながら破断させているため、破断時の衝撃によって捕集フィルタ1に捕集された粒子状物質が移動することを防止することができる。したがって、捕集フィルタ1における粒子状物質の捕集状態を正確に評価することができる。
Next, the
捕集フィルタ1を支持する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、捕集フィルタ1は、テープ、弾性部材などの支持手段を用いて支持することができる。
図4は、テープ10を用いて捕集フィルタ1を支持した状態を示す捕集フィルタ1の側面図である。図4では、断面形成位置6の表面全体を被覆するようにテープ10が貼着されているが、断面形成位置6の一部のみを被覆するように貼着されていてもよい。
弾性部材を用いて捕集フィルタ1を支持する場合、断面形成位置6の底部に弾性部材を配置すればよい。弾性部材としては、特に限定されないが、例えば、スポンジ製のクッション部材などを用いればよい。
The method for supporting the
FIG. 4 is a side view of the
When the
切り込み部7に負荷を加える方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、負荷は、3点曲げ又は4点曲げによって切り込み部7に加えることができる。
ここで、本明細書において「3点曲げ」とは、図5に示すように、捕集フィルタ1の両端を支点11とし、切り込み部7に1つの力点12を設けて負荷を印加することを意味する。また、「4点曲げ」とは、図6に示すように、捕集フィルタ1の両端を支点11とし、切り込み部7を挟むようにして2つの力点12を設けて負荷を印加することを意味する。
The method of applying the load to the
Here, in the present specification, "three-point bending" means that, as shown in FIG. 5, both ends of the
負荷は、市販の万能試験機を用いることによって容易に適用することができる。ここで、本明細書において「万能試験機」とは、引張試験、圧縮試験、曲げ試験などの多様な試験を行うことが可能な試験装置のことを意味する。 The load can be easily applied by using a commercially available universal testing machine. Here, the term "universal testing machine" as used herein means a testing device capable of performing various tests such as a tensile test, a compression test, and a bending test.
負荷は、破断時に停止させることが好ましい。例えば、万能試験機を用いる場合には、破断時に負荷の付与が自動停止するように設定すればよい。このようにすることで、捕集フィルタ1に捕集された粒子状物質が破断後に移動することを防止することができる。
The load is preferably stopped at break. For example, when a universal testing machine is used, it may be set so that the load application is automatically stopped at the time of breakage. By doing so, it is possible to prevent the particulate matter collected by the
(捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を評価する方法)
本実施形態の捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を評価する方法は、上記の作製方法によって得られた捕集フィルタ断面観察試料の断面を光学顕微鏡で観察する。
捕集フィルタ断面観察試料の断面を電子顕微鏡で観察する場合、顕微鏡内を真空にする必要があり、その際に捕集フィルタに捕集された粒子状物質が移動してしまい、粒子状物質の捕集状態を正確に評価できないことがある。
これに対して本実施形態の評価方法では、捕集フィルタ断面観察試料の断面を光学顕微鏡で観察するため、顕微鏡内を真空にする必要がなく、捕集フィルタに捕集された粒子状物質が移動することを防止することができる。そのため、本実施形態の評価方法によれば、捕集フィルタに捕集された粒子状物質の捕集状態を正確に評価することができる。
(Method of evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter)
In the method for evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter of the present embodiment, the cross section of the collection filter cross-sectional observation sample obtained by the above-mentioned production method is observed with an optical microscope.
Observation of the cross section of the collection filter When observing the cross section of the sample with an electron microscope, it is necessary to create a vacuum inside the microscope, and at that time, the particulate matter collected by the collection filter moves, and the particulate matter It may not be possible to accurately evaluate the collection status.
On the other hand, in the evaluation method of the present embodiment, since the cross section of the collection filter cross-section observation sample is observed with an optical microscope, it is not necessary to evacuate the inside of the microscope, and the particulate matter collected by the collection filter is present. It can be prevented from moving. Therefore, according to the evaluation method of the present embodiment, the collection state of the particulate matter collected by the collection filter can be accurately evaluated.
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
(実施例1)
炭化珪素から形成された使用済みDPFから、軸方向長さ50mm、軸方向に直交する断面が15mm×20mmの長方形である四角柱状のハニカム構造体を切断加工によって得た。
このハニカム構造体の断面形成位置の表面全体にカッターナイフを用いて、幅1mm×深さ2mmの切り込み部を形成した。次に、切り込み部の全体を被覆するようにテープを貼着した。その後、万能試験機(インストロン社製3366デュアルコラム卓上型試験機)を用いて、図6に示すような4点曲げによって負荷を切り込み部に加えて破断させることにより、捕集フィルタ断面観察試料を得た。万能試験機は、破断時に負荷の付与が自動停止するように設定した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
(Example 1)
From the used DPF formed from silicon carbide, a rectangular columnar honeycomb structure having an axial length of 50 mm and a cross section orthogonal to the axial direction of 15 mm × 20 mm was obtained by cutting.
A cutter knife was used to form a cut portion having a width of 1 mm and a depth of 2 mm on the entire surface of the cross-sectional formation position of the honeycomb structure. Next, a tape was applied so as to cover the entire notch portion. After that, using a universal testing machine (3366 dual column tabletop testing machine manufactured by Instron), a load is applied to the notch by 4-point bending as shown in FIG. 6 to break the sample. Got The universal tester was set to automatically stop applying the load when it broke.
(比較例1)
カッターナイフを用いた切断加工によってハニカム構造体を切断したこと以外は、実施例1と同様の条件にて捕集フィルタ断面観察試料を得た。
(Comparative Example 1)
A collection filter cross-section observation sample was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the honeycomb structure was cut by a cutting process using a cutter knife.
上記の実施例1及び比較例1で得られた捕集フィルタ断面観察試料について、光学顕微鏡(キーエンス社製VHX−1000)を用いて断面の観察を行った。実施例1の捕集フィルタ断面観察試料の光学顕微鏡写真を図7、比較例1の捕集フィルタ断面観察試料の光学顕微鏡写真を図8に示す。なお、図7及び8において、(a)は30倍、(b)は150倍の光学顕微鏡写真である。
図7及び8に示すように、比較例1の捕集フィルタ断面観察試料では、多くの切断粉が断面に付着しているため、捕集フィルタと粒子状物質との区別がつき難かったのに対し、実施例1の捕集フィルタ断面観察試料は、切断粉が断面にほとんど付着しておらず、捕集フィルタと粒子状物質との区別が容易であった。
The cross-sections of the collection filter cross-section observation samples obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were observed using an optical microscope (VHX-1000 manufactured by KEYENCE CORPORATION). An optical micrograph of the collection filter cross-sectional observation sample of Example 1 is shown in FIG. 7, and an optical micrograph of the collection filter cross-section observation sample of Comparative Example 1 is shown in FIG. In FIGS. 7 and 8, (a) is a 30-fold optical micrograph and (b) is a 150-fold optical micrograph.
As shown in FIGS. 7 and 8, in the collection filter cross-section observation sample of Comparative Example 1, since a large amount of cut powder adhered to the cross section, it was difficult to distinguish between the collection filter and the particulate matter. On the other hand, in the collection filter cross-section observation sample of Example 1, the cut powder hardly adhered to the cross section, and it was easy to distinguish between the collection filter and the particulate matter.
以上の結果からわかるように、本発明によれば、捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を正確に評価することが可能な捕集フィルタ断面観察試料の作製方法を提供することができる。また、本発明によれば、捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を正確に評価する方法を提供することができる。 As can be seen from the above results, according to the present invention, it is possible to provide a method for preparing a cross-section observation sample of a collection filter capable of accurately evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for accurately evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter.
1 捕集フィルタ
2 第1端面
3 第2端面
4 セル
5 隔壁
6 断面形成位置
7 切り込み部
10 テープ
11 支点
12 力点
1
Claims (11)
捕集フィルタの断面形成位置の少なくとも対向する2つの表面に切り込み部を形成する工程と、
前記捕集フィルタを支持しながら前記切り込み部に負荷を加えて破断させる工程と
を含む、捕集フィルタ断面観察試料の作製方法。 A method for preparing a cross-section observation sample of a collection filter for evaluating the collection state of particulate matter.
A step of forming a notch on at least two opposite surfaces of the cross-section formation position of the collection filter, and
A method for producing a cross-section observation sample of a collection filter, which comprises a step of applying a load to the cut portion to break the cut portion while supporting the collection filter.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の作製方法によって得られた前記捕集フィルタ断面観察試料の断面を光学顕微鏡で観察する方法。 It is a method of evaluating the collection state of particulate matter in the collection filter.
A method for observing the cross section of the collection filter cross-section observation sample obtained by the production method according to any one of claims 1 to 10 with an optical microscope.
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