JPH0760038A

JPH0760038A - ディーゼルパティキュレートフィルタ用材料及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0760038A
Application number: JP23572793A
Authority: JP
Inventors: Shogo Suzuki; 省伍鈴木
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1993-08-27
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1995-03-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、捕集効率の高い、圧力損失の低い
ディーゼルパティキュレートフィルタ用材料及びその製
造方法を提供する。【構成】このディーゼルパティキュレートフィルタ用
材料は、セラミックス中空球体の内外球面が残るように
破砕されたセラミックス粒子から作製されている多孔体
１から構成され、該多孔体１の気孔通路３にはセラミッ
クス中空球体の内外球面５が捕集面となる壁面４の一部
を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジン、燃焼炉、
焼却炉等から排出される排気ガスを浄化処理するため、
排気系に組み込まれるフィルタを作製するディーゼルパ
ティキュレートフィルタ用材料及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンの排気ガスよ
りカーボン、煤、黒煙、ＨＣ等のパティキュレート即ち
粒子状物質を捕集する排気ガス処理用フィルタ即ちディ
ーゼルパティキュレートフィルタの材料としては、多孔
質の壁を通過する時の捕集効果を狙ったハニカム状のウ
ォールタイプ即ちウォールスルー構造の排気ガス処理用
フィルタ、又は、三次元に網目状になったフォームセラ
ミックス製多孔体を利用する排気ガス処理用フィルタ等
のディーゼルパティキュレートフィルタが開示されてい
る。ハニカム状ウォールタイプフィルタは気孔径を１０
〜４０μｍ程度にし、その表面でパティキュレートを捕
集している。また、フォームタイプフィルタは気孔径が
黒煙粒子より大きい８００μｍ程度であり、粒子が気孔
を通過して壁に衝突し、付着することによってパティキ
ュレートを捕集している。

【０００３】通常、ディーゼルエンジンから排気される
排気ガスに含まれている黒煙、カーボン、ＨＣ等のパテ
ィキュレート或いはスモークは、直径が２００Å程度と
言われているが、それらは次第に凝集して１０μｍ〜２
０μｍの直径を持つ煤に成長する。これらの煤は、通
常、６００℃〜７００℃の温度で酸素が存在すれば燃焼
して炭酸ガスになる。

【０００４】従来、エンジンの排気ガスを処理する排気
ガス処理装置としては、例えば、コーディエライト（２
ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）により製作された
気孔性のハニカム構造のフィルタを排気通路に並列に２
組配置したディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置が
知られている。このようなディーゼルエンジンの排気微
粒子浄化装置として、例えば、実開平１−１４４４２７
号公報に開示されたものがある。

【０００５】また、特開平１−１６７２８２号公報に
は、セラミックス多孔体が開示されている。該セラミッ
クス多孔体は、６０重量％以上のチタン酸アルミニウム
を含む材料で構成され、焼成により、全体に直径が０．
１〜１０ｍｍの球状気孔が互いに連通した状態で形成さ
れているものである。

【０００６】また、特開昭６３−３１０６１５号公報に
は、パティキュレート捕集用フィルタが開示されてい
る。該パティキュレート捕集用フィルタは、多孔質セラ
ミック構造耐のパティキュレート捕集面に、貴金属が担
持され、その上層に銅皮膜、該銅皮膜上層に銀皮膜が形
成されているものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ディーゼルパティキュ
レートフィルタは、特に、ディーゼルエンジンの排気ガ
ス中の黒煙を除去する装置とその効果が確認されてい
る。しかしながら、従来のディーゼルパティキュレート
フィルタ材料としては、多孔質のコーディエライトが用
いられ、その再生はバーナや電熱によって黒煙捕集後、
その捕集端に着火して行っているため、フィルタに熱応
力による不均一が発生し、クラックが入り易く、フィル
タの耐久性に問題が生じる。また、フィルタの再生方法
の欠点を除去するため、排気ガスの流れ方向と逆方向に
間欠的に高圧ガスを流し、洗浄し、捕集した黒煙を落下
させる方法も検討されている。この方法についても、捕
集した黒煙を均一に完全に除去することは困難であり、
未捕集の黒煙に着火し、フィルタに対する熱応力により
破損することがあった。

【０００８】また、上記ハニカム状ウォールタイプフィ
ルタは、パティキュレートの捕集量が増加すると、気孔
径が減少し、圧力損失が増加し、エンジン性能が劣化す
る。ウォールタイプの排気ガス処理用フィルタは、再生
のため捕集された粒子状物質を燃焼焼却するので、場合
によっては、溶損、破損等が発生することがあり、実用
上好ましくない材料である。

【０００９】また、フォームタイプフィルタは、圧損が
急速には増大しないものの、気孔が大きいため、黒煙の
捕集効率が低く、その効率を上げるためにはフィルタ厚
さを厚くする必要があり、容積が大きくなる欠点を有し
ている。また、フォームタイプフィルタ即ち上記網目状
多孔体の排気ガス処理用フィルタはその気孔径を５０μ
ｍ以下にすることが難しく、その粒子捕集効率は８０％
以下であり、効率が低く実用上好ましくないものであ
る。また、捕集された粒子状物質が振動等によって一挙
に排出されてしまうという現象も発生している。

【００１０】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、エンジン、燃焼炉、焼却炉等から
排出される排気ガスを浄化処理するため排気系に組み込
まれて使用され、特に、ディーゼルエンジンから排気さ
れる排気ガスに含まれるカーボン、煤、ＨＣ等の粒子状
物質即ちパティキュレートを捕集するフィルタを作製す
る材料であり、捕集面を増大して捕集効率を向上させ、
しかもフィルタによる圧力損失の低くなるディーゼルパ
ティキュレートフィルタ用材料及びその製造方法を提供
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、セラミックス中空球体の内外球面が残るよ
うに破砕されたセラミックス粒子から作製されている多
孔体から構成され、該多孔体の気孔通路には前記セラミ
ックス中空球体の前記内外球面が捕集面の一部を構成し
ていることを特徴とするディーゼルパティキュレートフ
ィルタ用材料に関する。

【００１２】又は、この発明は、溶液中の樹脂製粒子に
耐熱性で且つ耐酸化性のセラミックス粉末を添加混合し
て泥漿を作製し、該泥漿をＫＣｌ溶液に滴下して球体を
作製し、該球体を乾燥後、焼成してセラミックス中空球
体を作製し、該セラミックス中空球体を内外球面が残る
程度に破砕してセラミックス粒子を作製し、該セラミッ
クス粒子を主成分にするスラリーを作製し、該スラリー
を成形固化してセラミックス成形体を作製し、該セラミ
ックス成形体を焼成して焼結体即ち多孔体を作製するこ
とを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタ用
材料の製造方法に関する。

【００１３】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタ用材料の製造方法において、前記樹脂製粒子はポ
リビニルブチラール粒子であり、前記溶液は５％ポリビ
ニルアルコール水溶液であり、また、耐熱性で且つ耐酸
化性の前記セラミックス粉末はコーディエライト粉末で
ある。

【００１４】

【作用】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタ用材料及びその製造方法は、上記のように構成さ
れており、次のような作用をする。即ち、このディーゼ
ルパティキュレートフィルタは、セラミックス中空球体
の内外球面が残るように破砕されたセラミックス粒子か
ら多孔体を作製し、該多孔体の気孔通路の捕集面の一部
が前記セラミックス中空球体の前記内外球面で構成され
ているので、気孔通路の面積を増大させることができ、
捕集効率を向上でき、しかも前記多孔体の前記気孔通路
を流れる排気ガスはスムースに流れ、圧力損失を低減す
ることができる。

【００１５】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタ用材料の製造方法は、上記のように構成されてお
り、次のような作用をする。即ち、このディーゼルパテ
ィキュレートフィルタ用材料の製造方法は、溶液中の樹
脂製粒子に耐熱性で且つ耐酸化性のセラミックス粉末を
添加混合して泥漿を作製し、該泥漿をＫＣｌ溶液に滴下
するので、樹脂表面にセラミックス粉末が付着した球体
がＫＣｌ溶液中に体積して確実に且つ容易に作製され
る。更に、該球体を乾燥後、焼成することによってセラ
ミックス中空球体が作製される。そこで、前記セラミッ
クス中空球体を内外球面が残る程度に破砕してセラミッ
クス粒子を作製し、該セラミックス粒子を主成分にする
スラリーを作製する。次いで、前記スラリーを石膏型等
の成形型によって成形して固化してセラミックス成形体
を作製し、該セラミックス成形体を焼結して多孔体を作
製する。

【００１６】

【実施例】以下、図１及び図２を参照して、この発明に
よるディーゼルパティキュレートフィルタ用材料及びそ
の製造方法の実施例を説明する。

【００１７】このディーゼルパティキュレートフィルタ
用材料（以下、ＤＰＦ用材料という）は、排気ガス中に
含まれる黒煙、カーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレー
トを捕集し、捕集されたパティキュレートを加熱焼却す
るフィルタを作製する材料である。このＤＰＦ用材料
は、特に、図１に示すように、気孔通路３の壁面４の一
部がセラミックス中空球体の内外球面５が残るように破
砕されたセラミックス粒子の焼結体２から作製されてい
る多孔体１である。気孔通路３の壁面４における球面５
を構成するセラミックス粒子は、セラミックス中空球体
の内外球面が１／１０以上残るように破砕されているも
のである。また、セラミックス中空球体はコーディエラ
イト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）で作製さ
れ、平均直径が８００μｍに形成されている。

【００１８】このＤＰＦ用材料を構成する多孔体１で
は、例えば、パティキュレート浄化装置における排気通
路中のケース内に収容するように構成され、排気ガスが
多孔体１の気孔通路３を通過する際に、排気ガス中のパ
ティキュレートが多孔体１の気孔通路３の球面状壁面４
に衝突して付着し、パティキュレートが捕集されるもの
である。また、このＤＰＦ用材料は、多孔体１をフォー
ムセラミック構造のタイプ又はウォールスルー構造のタ
イプにも構成するのに使用できるものである。

【００１９】このＤＰＦ用材料の多孔体１で作製された
フォームタイプのフィルタは、パティキュレートが多孔
体１内部の気孔通路３を通過する際に、多孔体１の気孔
通路３の壁面４に衝突して付着することによって内部で
捕集される。従って、フォームタイプフィルタでは、多
孔体１の気孔通路４即ち気孔径を２００〜１０００μｍ
に調整し、また気孔率を７０〜８０％に調整することに
より、パティキュレートの捕集効率を向上させることが
できる。

【００２０】また、このＤＰＦ用材料の多孔体１で作製
されたウォールスルータイプのフィルタでは、表面積を
増大させるためにハニカムタイプ即ちパイプ構造に構成
し、例えば、パティキュレート浄化装置における排気通
路中のケース内に多数のパイプを設置し、排気ガスがパ
イプの内部から外部へ通過する際にパティキュレートを
パイプ内部で捕集するものである。従って、このＤＰＦ
における多孔体１をウォールスルー構造に構成した場合
には、パティキュレートが多孔体１の気孔通路３を通過
できないようにして多孔体１の表面でパティキュレート
を捕集するものであるので、多孔体１の気孔通路３即ち
気孔径を１５〜４０μｍの連続気孔に調整し、壁の厚み
を１ｍｍ以下に調整することによって捕集効率を向上さ
せることができる。

【００２１】次に、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタ用材料の製造方法の一実施例を説明する。この製
造方法は、特に、溶液中の樹脂製粒子に耐熱性で且つ耐
酸化性のセラミックス粉末を添加混合して泥漿を作製
し、該泥漿をＫＣｌ溶液に滴下して球体を作製する。次
いで、該球体を乾燥後、焼成してセラミックス中空球体
を作製する。そこで、該セラミックス中空球体を内外球
面が残る程度に粉砕してセラミックス粒子を作製し、該
セラミックス粒子を主成分にするスラリーを作製する。
更に、該スラリーを成形固化してセラミックス成形体を
作製し、該セラミックス成形体を焼成して多孔体を作製
するものである。この製造方法において、樹脂製粒子は
ポリビニルブチラール粒子であり、前記溶液は５％ポリ
ビニルアルコール水溶液であり、また、耐熱性で且つ耐
酸化性の前記セラミックス粉末はコーディエライト粉末
である。又は、セラミックス粉末としては、金属粉末を
含んだ材料を使用してもよく、場合によっては、セラミ
ックス粉末でなく、耐熱合金等の金属粉末を使用するこ
ともできる。

【００２２】具体的には、このＤＰＦ用材料の製造方法
を図２の処理フロー図を参照して説明する。このＤＰＦ
用材料の製造方法は、直径１ｍｍのポリビニルブチラー
ル粒子（ＰＶＢ粒子）を５％ポリビニルアルコール水溶
液（ＰＶＡ水溶液）に入れて混合溶液を作製した。この
混合溶液の６０ｗｔ％に対してコーディエライト粉末４
０ｗｔ％を添加し（ステップ１０）、混合して泥漿を作
製した（ステップ１１）。この泥漿とＰＶＢ粒子との混
合スラリーをロート状器具を用いて、ＫＣｌ溶液中に滴
下した（ステップ１２）。滴下された粒子は、ＰＶＢ粒
子の表面にコーディエライト粉末がコーティングされた
状態であり、ＫＣｌ溶液中で相互に凝集することなく、
独立した球体としてＫＣｌ溶液中に堆積された。次い
で、堆積した球体を乾燥させ（ステップ１３）、次い
で、乾燥球体を焼成炉で１５００℃で焼成し、内部に閉
じ込められているＰＶＢ粒子を焼却して直径８００μｍ
のセラミックス中空球体を作製した（ステップ１４）。

【００２３】次いで、セラミックス中空球体を、内外球
面が１／１０以上残る程度に破砕してセラミックス粒子
を作製した（ステップ１５）。該セラミックス粒子にＰ
ＶＡ水溶液を加えてスラリーを作製した（ステップ１
６）。更に、該スラリーを石膏型で成形し（ステップ１
７）、該成形体を乾燥固化させてセラミックス成形体を
作製した（ステップ１８）。そこで、該セラミックス成
形体を、焼成炉内で再度１５００℃で焼成して多孔体を
作製した（ステップ１９）。

【００２４】上記のように作製された多孔体には、気孔
通路の壁面の至る所に球面が存在していた。この製造方
法で作製したＤＰＦ用材料の多孔体を用いてディーゼル
パティキュレートフィルタを作製すると、排気ガスに含
まれる黒煙、カーボン、スモーク等のパティキュレート
は、フィルタの気孔通路壁面の球面に衝突し、該壁面に
吸着され、パティキュレートの捕集効率が高くなり、し
かも排気ガスはスムースに流れてフィルタの圧力損失が
低減されることが分かった。

【００２５】このＤＰＦ用材料の製造方法による多孔体
で作製したフィルタを、従来の多孔体で作製したフィル
タと比較するため、比較例１と比較例２とを作製した。
比較例１は気孔径が３５μｍのハニカムフィルタであ
り、比較例２は気孔径が８００μｍのフォームフィルタ
である。それぞれのフィルタを、エンジン、燃焼炉、焼
却炉等から排出される排気ガスの排気系に組み込んで、
３０分捕集後の圧力損失（ｍｍＨｇ）とパティキュレー
トの捕集効率（％）を測定したところ、次のような結果
を得た。この発明による多孔体で作製したフィルタにつ
いては、３０分捕集後の圧力損失は５０ｍｍＨｇであ
り、パティキュレートの捕集効率は９０％であった。比
較例１については、３０分捕集後の圧力損失は１５０ｍ
ｍＨｇであり、パティキュレートの捕集効率は９５％で
あった。また、比較例２については、３０分捕集後の圧
力損失は４０ｍｍＨｇであり、パティキュレートの捕集
効率は８０％であった。

【００２６】上記の結果から分かるように、この発明に
よる多孔体で作製したフィルタは、その排気ガス流路即
ち気孔経路が黒煙等のパティキュレートを捕集するのに
理想的な構造に構成されており、捕集効率は向上し、圧
力損失が低いフィルタを提供できる。この発明による多
孔体で作製したフィルタによる捕集のメカニズムは、排
気ガスが多孔体の壁面に衝突した後、気孔経路の球面に
沿って流れ、その流れる過程で効率的に黒煙等のパティ
キュレートが吸着されると考えられる。

【００２７】

【発明の効果】この発明によるディーゼルパティキュレ
ートフィルタ用材料及びその製造方法は、上記のように
構成されており、次のような効果を有する。即ち、この
ディーゼルパティキュレートフィルタ用材料は、セラミ
ックス粒子から作製されている多孔体の気孔通路の壁面
には球面が至る所に存在する捕集面が構成されているの
で、ディーゼルパティキュレートフィルタを作製して有
効であり、黒煙等のパティキュレートの捕集効率が高く
なり、しかも圧力損失の低いフィルタを構成でき、工業
上有益なものである。

【００２８】また、ディーゼルパティキュレートフィル
タ用材料の製造方法は、一旦セラミックス球体を作製し
た後、そのセラミックス球体を内外球面が残る程度に破
砕して表面に球面を有するセラミックス粒子を作製し、
該セラミックス粒子を成形固化し、次いで再度焼成して
多孔体を作製したので、気孔通路には確実に球面が至る
所に存在する捕集面が形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタ用材料の一実施例を示す説明図である。

【図２】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタ用材料の製造方法の一実施例を示す処理フロー図
である。

【符号の説明】

１多孔体２焼結体３気孔通路４壁面５球面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス中空球体の内外球面が残る
ように破砕されたセラミックス粒子から作製されている
多孔体から構成され、該多孔体の気孔通路には前記セラ
ミックス中空球体の前記内外球面が捕集面の一部を構成
していることを特徴とするディーゼルパティキュレート
フィルタ用材料。
【請求項２】溶液中の樹脂製粒子に耐熱性で且つ耐酸
化性のセラミックス粉末を添加混合して泥漿を作製し、
該泥漿をＫＣｌ溶液に滴下して球体を作製し、該球体を
乾燥後、焼成してセラミックス中空球体を作製し、該セ
ラミックス中空球体を内外球面が残る程度に破砕してセ
ラミックス粒子を作製し、該セラミックス粒子を主成分
にするスラリーを作製し、該スラリーを成形固化してセ
ラミックス成形体を作製し、該セラミックス成形体を焼
成して多孔体を作製することを特徴とするディーゼルパ
ティキュレートフィルタ用材料の製造方法。
【請求項３】前記樹脂製粒子はポリビニルブチラール
粒子であることを特徴とする請求項２に記載のディーゼ
ルパティキュレートフィルタ用材料の製造方法。
【請求項４】前記溶液は５％ポリビニルアルコール水
溶液であることを特徴とする請求項２に記載のディーゼ
ルパティキュレートフィルタ用材料の製造方法。
【請求項５】耐熱性で且つ耐酸化性の前記セラミック
ス粉末はコーディエライト粉末であることを特徴とする
請求項２に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ
用材料の製造方法。