JP7024698B2 - 排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化フィルタの製造方法 - Google Patents
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Description
上記隔壁の厚みは、100μm以上400μm以下であり、
上記隔壁は、気孔率が55%以上75%以下であり、平均細孔径が12μm以上30μm以下であり、
上記隔壁は、該隔壁に隣接する上記セル間を連通させる複数の連通気孔(122)を有しており、
上記隔壁の厚みTμmに対する上記連通気孔の平均流路長Lμmの比で定義される屈曲度L/Tが下記式1の関係を満足し、
上記連通気孔の流路面積が最小となるネック部の円相当径で定義されるネック径の平均値Φ1μmと、上記隔壁の平均細孔径Φ2μmとが下記式3の関係を満足する、
触媒が担持されていない、排ガス浄化フィルタ(1)にある。
L/T≧1.1 ・・・式1
Φ1/Φ2≧0.2 ・・・式3
上記触媒が50g/L以上担持されており、
上記触媒が担持された状態における上記屈曲度L/Tが1.7以上2.5以下である、排ガス浄化フィルタにある。
本発明のさらに他の態様は、上記排ガス浄化フィルタの製造方法であって、
タップ嵩密度0.38g/cm3以下の多孔質シリカと、タルクと、Al源とを混合することにより、コージェライト形成原料を作製する混合工程と、
上記コージェライト形成原料を含む坏土を作製し、該坏土を成形することにより成形体を作製する成形工程と、
上記成形体を焼成する焼成工程と、を有する、排ガス浄化フィルタの製造方法にある。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
排ガス浄化フィルタに係る実施形態について、図1~図9を参照して説明する。図1~図3に例示されるように、排ガス浄化フィルタ1は、例えば、コージェライトから形成され、外皮11と、隔壁12と、セル13とを有する。外皮11は、例えば、円筒状のような筒状に形成される。本実施形態では、この筒状の外皮11の軸方向Yを排ガス浄化フィルタ1の軸方向Yとして以下説明する。また、図2における矢印は、排ガス浄化フィルタ1を排ガス管などの排ガスの通り道に配置した際の排ガスの流れを示す。
実施形態2の排ガス浄化フィルタについて、実施形態1で用いた図1~図9と、図10および図11を参照しつつ説明する。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
Φ1/Φ2≧0.2 ・・・式3
Dp=4×γ×cosθ×α/P ・・・式4
実施形態1のように屈曲度が1.1以上となる排ガス浄化フィルタの製造方法について説明する。本形態の排ガス浄化フィルタは、コージェライトを主成分とし、以下のように、混合工程、成形工程、焼成工程を行うことにより製造される。
本例では、屈曲度、Φ1/Φ2が異なる複数の排ガス浄化フィルタ1を作製し、そのPM捕集率を比較評価する。
各試験体の隔壁12における気孔率および平均細孔径Φ2を、水銀圧入法の原理を用いた水銀ポロシメータにより測定した。平均細孔径Φ2は、平均気孔径とも呼ばれる。水銀ポロシメータとしては、島津製作所社製のオートポアIV9500を用いた。測定条件は、以下の通りである。
気孔率(%)=総気孔容積/(総気孔容積+1/コージェライトの真比重)×100
各試験体の隔壁12の屈曲度を、実施形態1で説明した方法により測定した。なお、二値化処理には、アメリカ国立衛生研究所(NIH)製の画像解析ソフトImageJ バージョン1.46を用いた。屈曲度を算出する際の流路長の測定には、SCSK社製の解析ソフトGeoDict バージョン 2017を用いた。
各試験体における連通気孔122の平均ネック径Φ1を実施形態2で説明した方法に従って測定した。バブルポイント法は、PorousMaterials社製の測定装置CEP-1100AXSHJを用いて行った。測定においては、図12に例示される、外径が25.4mm、内径が16.5mmのリング状の治具4を用いた。治具4には、内径19mmの窪みが設けられており、この窪み内に測定サンプルSpが載置される。測定サンプルSpは、Φ19mm、厚さ400~500μmの円板状体であり、実施形態2で説明したように各試験体から切り出したものを用いた。なお、測定サンプルSpは、円板状体の直径方向が試験体の軸方向Yの直交方向となり、かつ、円板状体の厚み方向が試験体の軸方向Yと同方向となるように切り出した。試験体から切り出した測定サンプルSpの表面を♯320のサンドペーパーにて仕上げ研磨した後、測定サンプルSpの両端面に通気性のないプラスチックパラフィンフィルムを貼り付けた。そして、各フィルムに穴を形成することにより、第1セル131および第2セル132の開口とするとともに、穴を形成したかった部分を、第1セル131および第2セル132の封止部16とした。なお、図12では、フィルム、および、封止部16は、便宜上省略されている。封止部16を設けた測定サンプルSpを治具4の窪み内に配置した。バブルポイント法において測定サンプルSpに含浸させる液体としては、表面張力が20.1dynes/cmに調整されたPorousMaterials社製のSilwichを用いた。2ml注射器を用いてこの液体を測定サンプルSpが覆われるまで滴下し、完全に含浸させるまで真空脱泡を行った。その後、測定サンプルSpの厚み方向にガスにて圧力をかけ、圧力とガス流量の関係を調べた。なお、圧力をかける方向は、図12における矢印Pの方向である。また、測定サンプルSpにおける圧力をかけた端面には、第1セル131が開口している。測定サンプルSpにおける圧力をかけた端面とは反対側の端面には、第2セル132が開口している。
PM捕集率および圧損は、具体的には、次のように測定した。各試験体の排ガス浄化フィルタ1をガソリン直噴エンジンの排気管内に取り付け、排ガス浄化フィルタ1にPMを含む排ガスを流した。このとき、排ガス浄化フィルタ1に流入する前の排ガス中のPM数、排ガス浄化フィルタ1から流出する排ガス中のPM数を測定し、PM捕集率を算出した。測定条件は、温度450℃、排ガス流量2.8m3/minである。また、圧損は、捕集率の測定と同時に圧力センサにより排ガス浄化フィルタ前の圧力と排ガス浄化フィルタ後の圧力とを測定し、その差分を圧力損失として計測した。測定条件は、温度720℃、排ガス流量11.0m3/minとした。いずれの測定も、排ガス浄化フィルタ内にPMが堆積していない初期状態について行った。PM数の測定は、AVL社製のPM粒子数カウンタ(AVL-489)を用いて行った。
本例では、屈曲度の高い排ガス浄化フィルタの製造方法について検討する。排ガス浄化フィルタ1がコージェライトを主成分とする場合、コージェライト組成が生成するように、Si源、Al源、およびMg源を含むコージェライト形成原料が用いられる。コージェライト形成原料としては、多孔質シリカ、タルク、水酸化アルミニウム、アルミナ、カオリン等を適宜混合した混合物を用いることができる。排ガス浄化フィルタ1の製造においては、コージェライト形成原料に、水、バインダ、潤滑油、造孔材等を適宜混合し、コージェライト形成原料を含む坏土を準備することができる。そして、実験例1に示すように、坏土の押出成形、焼成、封止部の形成などの工程を行うことにより、排ガス浄化フィルタ1を得ることができる。
タップ嵩密度の測定は、タップ嵩密度法流動性付着力測定器によって行われる。具体的には、セイシン企業社製のタップデンサを用いた。測定器のシリンダに測定対象粉末を充填し、測定対象粉末をタッピングにより圧縮させ、圧縮状態の測定対象粉末の質量とシリンダの体積とから嵩密度を算出した。この嵩密度がタップ嵩密度である。測定対象粉末としては、多孔質シリカ、多孔質シリカとタルクの混合粉を用いた。
R=NST/NM ・・・(i)
R=DM/DST ・・・(ii)
11 外皮
12 隔壁
13 セル
122 連通気孔
Claims (7)
- 外皮(11)と、上記外皮の内側を複数のセル(13)に区画する多孔質の隔壁(12)とを有しており、コージェライトから形成されている排ガス浄化フィルタ(1)であって、
上記隔壁の厚みは、100μm以上400μm以下であり、
上記隔壁は、気孔率が55%以上75%以下であり、平均細孔径が12μm以上30μm以下であり、
上記隔壁は、該隔壁に隣接する上記セル間を連通させる複数の連通気孔(122)を有しており、
上記隔壁の厚みTμmに対する上記連通気孔の平均流路長Lμmの比で定義される屈曲度L/Tが下記式1の関係を満足し、
上記連通気孔の流路面積が最小となるネック部の円相当径で定義されるネック径の平均値Φ1μmと、上記隔壁の平均細孔径Φ2μmとが下記式3の関係を満足する、
触媒が担持されていない、排ガス浄化フィルタ(1)。
L/T≧1.1 ・・・式1
Φ1/Φ2≧0.2 ・・・式3 - 上記屈曲度L/Tが、さらに、下記式2の関係を満足する、請求項1に記載の排ガス浄化フィルタ。
L/T≦1.6 ・・・式2 - 上記排ガス浄化フィルタのパティキュレートマターの捕集率が70%以上である、請求項1または2に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の排ガス浄化フィルタに触媒が担持されてなる排ガス浄化フィルタであって、
上記触媒が50g/L以上担持されており、
上記触媒が担持された状態における上記屈曲度L/Tが1.7以上2.5以下である、排ガス浄化フィルタ。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の排ガス浄化フィルタの製造方法であって、
タップ嵩密度0.38g/cm3以下の多孔質シリカと、タルクと、Al源とを混合することにより、コージェライト形成原料を作製する混合工程と、
上記コージェライト形成原料を含む坏土を作製し、該坏土を成形することにより成形体を作製する成形工程と、
上記成形体を焼成する焼成工程と、を有する、排ガス浄化フィルタの製造方法。 - 上記混合工程においては、上記コージェライト形成原料の加圧嵩密度PDMg/cm3と、上記多孔質シリカと上記タルクの混合粉のタップ嵩密度TDSTg/cm3とが、PDM/TDST≧1.7の関係を満足するコージェライト形成原料を作製する、請求項5に記載の排ガス浄化フィルタの製造方法。
- 上記多孔質シリカの平均粒子径A1μmと上記Al源の平均粒子径A2μmとが、A1/A2≦3.58の関係を満足する、請求項5又は6に記載の排ガス浄化フィルタの製造方法。
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