JPH08934A

JPH08934A - 排気ガスフィルターとその製造方法

Info

Publication number: JPH08934A
Application number: JP6135647A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ogawa; 誠小川; Yuichi Murano; 雄一村野; Shinji Wada; 信二和田; Nobuaki Nagai; 伸明永井; Koichi Watanabe; 浩一渡辺; Sei Matsueda; 聖松枝; Yukinori Ikeda; 幸則池田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1996-01-09

Abstract

(57)【要約】【目的】少ない電気エネルギーで再生することができ
るとともに、耐熱応力性に優れ耐久性を著しく向上させ
た排気ガスフィルターとその製造方法を提供することを
目的とする。【構成】ハニカム構造体を有する排気ガスフィルター
であって、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率の異なった
原料を用いて、排気ガスの流入側と排気ガスの流出側の
密度が異なって形成されている構成を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼル機関等から排
出される排気ガス中に含まれる粒子状物質（以下ススと
いう）を捕集するフィルターに好適な排気ガスフィルタ
ーとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼル機関から排出されるス
スを捕集し、捕集したススを、電気ヒーター等の熱源に
よってススを燃焼させて、フィルターの再生を図り、デ
ィーゼル機関から大気へ排出されるススの低減化を目的
とした排気ガス用フィルターが種々開発されている。

【０００３】例えば、金属ワイヤーメッシュに酸化アル
ミナ等の耐熱性セラミックス材料でコートしてフィルタ
ー構造にしたもの。あるいは、有機高分子材料で網目構
造体としたものをセラミックスが含有されたスラリー中
に含浸し、焼成してフィルター構造としたセラミックフ
ィルター等がある。更に、特公昭６３−１２６５８号公
報には、コージェライト原料を可燃物と混ぜ合わせて、
押出成形機によって成形後、焼成を行って、多孔質構造
としたハニカム形状のセラミックモノリスフィルターが
開示されている。又、特開昭６１−１９２３１９号公報
には、ディーゼルパーティキュレートトラップ及び無機
繊維を用いたハニカム構造体の製造方法が開示されてい
る。特にハニカム構造体の繊維質ハニカムセラミックフ
ィルターが、ススの捕集効率が９０％以上と高く、フィ
ルターによる排気ガスの圧力損失が少ないことからディ
ーゼルエンジンの排気ガス用フィルターとして有望視さ
れている。

【０００４】以下に従来のディーゼルエンジン排気ガス
用フィルターについて、図面を参照しながら説明する。

【０００５】図４は従来のロール状のセラミックハニカ
ム成形体からなる排気ガスフィルターの斜視図であり、
図５はそのｂ−ｂ’線断面端面図である。２１は従来の
排気ガスフィルターの着火面であり、２２は相隣接する
セラミックフィルターの端部を交互に閉塞しているプラ
グである。排気ガスは着火面２１から排気ガスフィルタ
ーに流入し、着火面２１の反対側から流出する。徐々に
排気ガスフィルター内にススが堆積してくると排気ガス
の圧力損失が大きくなり、エンジンの性能低下を誘因す
る。そこで、エンジン性能を良好に保つために一定量の
ススが堆積した時点で、排気ガスフィルターの前端部の
位置に設けられた電気ヒーターにて着火し、堆積したス
スを燃焼させ排気ガスフィルターを再生させてフィルタ
ー機能を維持させる方法がとられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のセラミックフィルターでは、押し出し成形法によって
製造した排気ガスフィルターは高圧で押し出すので密度
が高く、従って熱伝導率が高く、排気ガスフィルターの
再生時に、排気ガスフィルターをススの加熱温度まで上
昇させるには多大の電力量を必要とし、実車におけるバ
ッテリー等への負担が大きく、実用化への大きな問題点
を有していた。又、コルゲート成形工法で得られる無機
繊維質フィルターは、密度が低いことにより、熱伝導率
が小さく、排気ガスフィルターの再生時に、排気ガスフ
ィルターをススの燃焼温度まで加熱するには小さな電力
ですみ、バッテリーへの負担が小さい排気ガスフィルタ
ーであるが、反面、密度が小さいため、排気ガスフィル
ターの強度が小さく、排気ガスフィルターの再生時に、
熱応力で排気ガスフィルターが破損するという問題点を
有していた。この密度が高いことから生じる熱効率が悪
いという問題と、密度が低いことから生じる強度が弱い
という問題を同時に解決する排気ガスフィルターはいま
まで見られず、またそのような排気ガスフィルターの製
造方法も開示されていない。

【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、密度が高いことから生じる熱効率が悪いという問題
と、密度が低いことから生じる強度が弱いという問題を
同時に解決する優れた排気ガスフィルターを提供するこ
とを目的とする。又、排気ガスフィルターの再生時の熱
効率が極めて高く、強度が著しく強い優れた排気ガスフ
ィルターの製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載の排気ガスフィルターは、ハ
ニカム構造体を有する排気ガスフィルターであって、耐
熱無機質繊維対無機粉末の比率の異なった原料を用い
て、排気ガスの流入側と排気ガスの流出側の密度が異な
って形成されている構成を有している。請求項２に記載
の排気ガスフィルターは、請求項１において、前記耐熱
無機質繊維対無機粉末の比率が、１〜２、好ましくは
１．３〜１．７である構成を有している。請求項３に記
載の排気ガスフィルターは、請求項１又は２において、
前記ハニカム構造体がムライト質である構成を有してい
る。請求項４に記載の排気ガスフィルターの製造方法
は、抄紙機を用いてセラミックシートを成形するセラミ
ックシート成形工程と、前記セラミックシートをコルゲ
ート成形して得られた波形シートと前記セラミックシー
ト成形工程で得られた平形シートの接着工程と、前記工
程で得られた波形シートと平形シートの接着体をハニカ
ム構造体に成形するハニカム構造体成形工程と、を備え
た排気ガスフィルターの製造方法であって、前記セラミ
ックシート成形工程が、耐熱無機質繊維対無機粉末の比
率を請求項２記載の比率に調整したスラリーを、異なっ
た配合比率で幅方向に分布するように抄紙機に供給して
抄紙する抄紙工程を有している構成を有している。

【０００９】ここで、ハニカム構造体の形状としては、
円筒状、直方体状、等が挙げられる。ハニカム構造体の
密度は、排気ガスの流入側を小さく、流出側を大きく形
成される。密度の変化方法としては順次変化させてもよ
く、又は、流入側と流出側のみを変化させてもよい。

【００１０】耐熱無機質繊維としては、Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｓ
ｉＯ₂ 繊維、Ａｌ₂ Ｏ₃ 繊維、ＳｉＯ₂ 繊維が挙げられ
る。無機粉末としては、セリサイト粘土、ＳｉＯ₂ 、Ａ
ｌ₂Ｏ₃ 等が挙げられる。耐熱無機質繊維対無機粉末の
比率が、１．３未満になるにつれ、排気ガスフィルター
の再生時に排気ガスフィルターにクラックが生じ易い傾
向があり、１．７を越えるにつれ、排気ガスフィルター
の焼成時に収縮が大きくなる傾向があり、それぞれ、好
ましくない。本発明の排気ガスフィルターは耐熱無機質
繊維と無機粉末を焼成して形成されるムライト質（３Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ 〜２Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ ）であ
るのが好ましい。

【００１１】ハニカム構造体成形工程としては、波形シ
ートと平形シートの接着体を巻き取る方法、波形シート
と平形シートの接着体を積層する方法等が挙げられる。

【００１２】

【作用】この構成によって、排気ガスフィルターの再生
時に、密度の低い発火面が容易に加熱されススに着火す
るので、加える電力が少なくすみ、実車のバッテリーに
負担がかからず、又、密度が低いので、熱伝導率が小さ
く、ススの燃焼温度まで昇温し易く、順次、ススの燃焼
がスムーズに後方に進んでいき、ススの燃焼時の熱応力
にも十分に耐えることができる強度を有しているので、
ススの燃焼時にも排気ガスフィルターが破損することが
なく、ススの燃焼が安定しておこなわれる。又、本発明
の排気ガスフィルターの製造方法によって、耐熱無機質
繊維対無機粉末の比率の異なったスラリーを幅方向に分
布するように抄紙機に流す工程であるので、排気ガスの
流入側と排気ガスの流出側の密度が異なる排気ガスフィ
ルターを容易に、歩留りよく、安定して、製造すること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１４】（実施例１、比較例１〜４）図１は本発明
の一実施例におけるロール状のセラミックハニカム成形
体からなる排気ガスフィルターの斜視図であり、図２は
図１のａ−ａ’線の断面端面図である。図１において、
１ａは排気ガスフィルターの再生時のススの着火面、１
ｂは排気ガスの流出側、２は耐熱無機質繊維対無機粉末
の比率が１．０の原料を用いた排気ガスフィルター部、
３は耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．５の原料を
用いた排気ガスフィルター部、４は耐熱無機質繊維対無
機粉末の比率が１．７の原料を用いた排気ガスフィルタ
ー部、５は耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が２．０の
原料を用いた排気ガスフィルター部、６は相隣合ったセ
ラミックフィルターの端部を交互に閉塞するプラグであ
る。

【００１５】以上のように構成された本実施例の排気ガ
スフィルターについて、以下、図面を参照しながらその
製造方法を説明する。

【００１６】耐熱無機質繊維として２０ｍｍに裁断した
Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ と、無機粉末としてセリサイト粘
土をそれぞれ、５０重量部と４０重量部（比率は０．
８）、５０重量部と５０重量部（比率は１．０）、５０
重量部と７５重量部（比率は１．５）、５０重量部と８
５重量部（比率は１．７）、５０重量部と１００重量部
（比率は２．０）、５０重量部と１２５重量部（比率は
２．５）に配合し、水を１１０００重量部加え、混合分
散液とした。この混合分散液に、パルプ及びポリ酢酸ビ
ニル等の有機バインダーとポリアクリルアミド等の凝集
剤を添加し、凝集スラリーを得た。それぞれの凝集スラ
リーを単独で凝集タンクからフローボックスをへて長網
抄紙機の抄紙ネットに流し、その後、乾燥機で乾燥し、
更に、電気炉を用いて、１５００℃４時間焼成し、セラ
ミックシートを得た。このセラミックシートの熱伝導率
を測定し、結果を（表１）に示した。

【００１７】

【表１】

【００１８】この（表１）から明らかなように、無機粉
末の割合を多くすると熱伝導率が大きくなる。

【００１９】実施例１として、耐熱無機質繊維対無機粉
末の比率が１、１．５、１．７、２の順で幅方向に配合
・配列させて凝集スラリーを、抄紙機のネットに流しこ
み、プレスローラにて加圧脱水し、更に、乾燥機で乾燥
して、幅方向に耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１、
１．５、１．７、２に配合・配列されているセラミック
シートを成形した。このセラミックシートを図３に示す
コルゲート成形機を用いコルゲート成形を行い波形シー
トと平形シートの接着体を成形した。

【００２０】図３は本発明の一実施例に用いられたコル
ゲート成形機の斜視図である。図３において、７，８
は、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．０のセラミ
ックシート部９と耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が
１．５のセラミックシート部１０と耐熱無機質繊維対無
機粉末の比率が１．７のセラミックシート部１１と耐熱
無機質繊維対無機粉末の比率が２．０のセラミックシー
ト部１２を有するセラミックシート、１３はセラミック
シート７をコルゲート状（波形）に成形するコルゲート
大ギャ、１４はコルゲート大ギャ１３と共動してセラミ
ックシート７をコルゲート状に成形するコルゲート小ギ
ャ、１５はコルゲート成形されたセラミックシートにセ
ラミック粉末を混入した接着剤を塗布する糊ローラー、
１６はセラミック粉末を混入した流動性プラグ剤をセラ
ミックシートに塗着させるプラグノズル、１７はコルゲ
ート成形されたセラミックシート７とセラミックシート
８が接合される圧着ローラー、１８は圧着ローラー１７
で回転する圧着ベルト、１９はコルゲート成形されたセ
ラミックシート７とセラミックシート８が圧着された波
形シートと平形シートの接着体、２０はプラグを成形す
る流動性プラグ剤である。

【００２１】以上のように構成されたコルゲート成形機
について、図３を用いてその動作を説明する。まず、セ
ラミックシート７がコルゲート大ギャ１３とコルゲート
小ギャ１４によりコルゲート状に成形され、コルゲート
大ギャ１３に抱かれたままセラミック粉末を混入した接
着剤がセラミックシート７の裏面頂部に塗布される。こ
のセラミックシート７と流動性プラグ剤２０を端部に塗
着されたセラミックシート８が、圧着ローラー１７、圧
着ベルト１８により、接合され、その後、接着剤が糊ロ
ーラー１５によりセラミックシート７の表面頂部に塗布
され、更に、プラグノズル１６により、セラミックシー
ト７の表面に、セラミックシート８に流動性プラグ剤２
０を塗着した端部と反対側の端部に、流動性プラグ剤２
０を塗着し、波形シートと平形シートの接着体１９を成
形した。

【００２２】この波形シートと平形シートの接着体１９
を巻き取り、乾燥機を用いて乾燥した後、電気炉を用い
て１５００℃４時間焼成し、直径１４０ｍｍ長さ１５０
ｍｍの排気ガスフィルターを製造した。

【００２３】耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が０．
８、１．０、１．５、１．７、２．０の組み合わせを比
較例１、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．０、
１．５、１．７、２．０、２．５の組み合わせを比較例
２、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．０単独のも
のを比較例３、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が２．
０単独のものを比較例４とし、他の製造方法は実施例１
と同様にして排気ガスフィルターを製造した。

【００２４】実施例１と比較例１〜４の排気ガスフィル
ターを、３４００ｃｃのディーゼルエンジンの排気管
に、捕集したススが燃焼、再生できるようにしたディー
ゼル排気ガスフィルターと着火用電気ヒーターをケース
に組み込んだ燃焼器を取り付けて、エンジン回転数１２
００ｒｐｍ、トルク２９ｋｇｍの条件でエンジンを運転
し、それぞれのフィルタに同一量のススが捕集できるよ
うにエンジンの運転時間を設定した。捕集したススは、
フィルタの前面に取り付けてある着火用ヒーターにてス
スの燃焼再生をおこない、燃焼後のススの燃焼状況と燃
焼後の排気ガスフィルターの外観を観察し、その条件と
結果を（表２）に示した。

【００２５】

【表２】

【００２６】この（表２）から明らかなように、本実施
例による排気ガスフィルターは、ススの燃焼状態も良好
であり、ススの燃焼後の排気ガスフィルターの状態も良
好である点で優れた効果が得られる。耐熱無機質繊維対
無機粉末の比率が小さい成分を有する排気ガスフィルタ
ーは、ススの燃焼後に排気ガスフィルターにクラックが
生じ、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が大きい成分を
有する排気ガスフィルターは、排気ガスフィルターの焼
成時収縮が大きく、フィルタとしての形状を維持できな
く、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が小さい成分単独
で形成された排気ガスフィルターは、ススの燃焼後にク
ラッックが生じ、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が大
きい成分単独で形成された排気ガスフィルターは、スス
の燃焼時にススの燃焼が完全に行われなかった。

【００２７】以上のように本実施例によれば、排気ガス
の流入側と排気ガスの流出側の密度の異なるセラミック
構造体を用いるので、排気ガスフィルターの再生時にス
スの燃焼がはじまる発火面が、密度が低く熱伝導率が小
さいので、ススの発火温度に達するのにエネルギーをそ
れほど必要とせず、加熱ヒータの電力量が少なくてす
み、バッテリーの負担が小さい、又、ススの発火温度に
容易に達するので、ススの燃焼が順に安定して進み、ス
スの燃焼が後方に進んでいっても、密度が高く、十分な
強度を有しているので、破損等の心配がなく、安定した
ススの燃焼が進む。

【００２８】次に耐熱無機質繊維対無機粉末の比率を実
施例１と同様の範囲で、それぞれシート化して、コルゲ
ート成形を行いフィルタとした後、実施例１と同様の配
列になるように前記焼成体を加工して、ひとつのフィル
タに合成したものと実施例１のフィルタに捕集−再生を
１０回と１００回行った後に排気ガスフィルターの排気
ガスの流出側からでてくる排気ガスのスス漏洩スモーク
値を、スモークテスターを用いて測定し、その条件と結
果を（表３）に示した。

【００２９】

【表３】

【００３０】この（表３）から明らかなように、本実施
例による排気ガスフィルターは、捕集−再生を繰り返し
ても、ススの漏洩は極めて少ないという点で優れた効果
が得られる。実施例１と同一の比で組み合わせたフィル
タは、それぞれのフィルタ間の継ぎ目が排気ガスの圧力
等によってススが漏洩し、スモーク値の上昇を招いた。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、ハニカム構造体
の排気ガスの流入側と排気ガスの流出側の密度が異なる
ことにより、排気ガスフィルターの再生時にススの着火
面の密度が低いので、熱伝導率が小さく、熱の拡散が少
ないので、ススの着火温度に達するのに、エネルギーを
それほど必要とせず、加熱ヒーターの電力量が少なくて
すみ、実車のバッテリーの負担が少なくてすみ、更に、
ススの着火温度に達し易いので、ススの燃焼が安定して
後方に進み、ススの燃焼が順次後方に進むにつれ、密度
が高いため、強度が極めて強く、ススの燃焼時の熱応力
による破損を生じない、耐久性の著しく優れた排気ガス
フィルターを実現できる。又、本発明の排気ガスフィル
ターの製造方法は、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率の
異なったスラリーを幅方向に分布するように抄紙機に流
す工程であるので、ハニカム構造体の排気ガスの流入側
と排気ガスの流出側の密度が異なる排気ガスフィルター
を、極めて容易に、歩留りよく、安定して製造できる、
優れた排気ガスフィルターの製造方法を実現できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるロール状のセラミッ
クハニカム成形体からなる排気ガスフィルターの斜視図

【図２】図１のａ−ａ’線の断面端面図

【図３】本発明の一実施例に用いられたコルゲート成形
機の斜視図

【図４】従来のロール状のセラミックハニカム成形体か
らなる排気ガスフィルターの斜視図

【図５】従来のロール状のセラミックハニカム成形体か
らなる排気ガスフィルターのｂ−ｂ’線断面端面図

【符号の説明】

１ａ，２１着火面１ｂ排気ガスの流出側２耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．０の原料を
用いた排気ガスフィルター部３耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．５の原料を
用いた排気ガスフィルター部４耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．７の原料を
用いた排気ガスフィルター部５耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が２．０の原料を
用いた排気ガスフィルター部６，２２プラグ７，８セラミックシート９耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．０のセラミ
ックシート部１０耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．５のセラ
ミックシート部１１耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が１．７のセラ
ミックシート部１２耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が２．０のセラ
ミックシート部１３コルゲート大ギャ１４コルゲート小ギャ１５糊ローラー１６プラグノズル１７圧着ローラー１８圧着ベルト１９波形シートと平形シートの接着体２０流動性プラグ剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永井伸明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者渡辺浩一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者松枝聖大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者池田幸則大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハニカム構造体を有する排気ガスフィルタ
ーであって、耐熱無機質繊維対無機粉末の比率の異なっ
た原料を用いて、排気ガスの流入側と排気ガスの流出側
の密度が異なって形成されていることを特徴とする排気
ガスフィルター。
【請求項２】前記耐熱無機質繊維対無機粉末の比率が、
１〜２、好ましくは１．３〜１．７であることを特徴と
する請求項１に記載の排気ガスフィルター。
【請求項３】前記ハニカム構造体がムライト質であるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排気ガスフ
ィルター。
【請求項４】抄紙機を用いてセラミックシートを成形す
るセラミックシート成形工程と、前記セラミックシート
をコルゲート成形して得られた波形シートと前記セラミ
ックシート成形工程で得られた平形シートの接着工程
と、前記工程で得られた波形シートと平形シートの接着
体をハニカム構造体に成形するハニカム構造体成形工程
と、を備えた排気ガスフィルターの製造方法であって、
前記セラミックシート成形工程が、耐熱無機質繊維対無
機粉末の比率を請求項２記載の比率に調整したスラリー
を、異なった配合比率で幅方向に分布するように抄紙機
に供給して抄紙する抄紙工程を有していることを特徴と
する排気ガスフィルターの製造方法。