JPH09313849A

JPH09313849A - セラミックフィルタ

Info

Publication number: JPH09313849A
Application number: JP8134790A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Kibe; 芳晴木部
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 1997-12-09

Abstract

(57)【要約】【課題】セルの仕切りをあまり細かくすることなく体
積当たりの隔壁面積を増やして圧力損失を低減させたセ
ラミックフィルタを提供すること。【解決手段】セラミックフィルタの入側室２と出側室
３とを区画する隔壁４に、長手方向と平行なうねりを設
けて曲面状にして、被処理体を通過させるパスを増やし
た。これにより、セルピッチは通常のままで体積当たり
の隔壁面積を稼ぎ、通気抵抗の低下による圧力損失の低
減が達成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関の
排気等の気体を濾過するセラミックフィルタに関し、さ
らに詳細には、隔壁面積を増加させることにより圧力損
失の低下を図ったセラミックフィルタに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内燃機関の排気のような固形
微粒子を含有する気体から当該固形微粒子を除去して大
気に放出するためにフィルタが用いられている。そのフ
ィルタ９０は通常、図９にその概略を示すように、多孔
質のセラミック材を多数の貫通穴を有するハニカム状に
形成し、それらの貫通穴のいずれか一端を交互に封止し
て入側室９１および出側室９２としたものである。この
セラミックフィルタ９０では、入側の端部の開口から入
側室９１に処理気体が進入すると、入側室９１の出側は
封止されているので、処理気体は隔壁の細孔を通して出
側室９２に移り、出側の端部の開口から脱出する。この
隔壁を通して入側室９１から出側室９２に移る際に、細
孔よりサイズの大きい固形微粒子が捕獲され、気体成分
だけが出側へ脱出するのである。

【０００３】このようなセラミックフィルタ９０の重要
な特性の一つとして、圧力損失が小さいことが挙げられ
る。すなわち、気体の流れに対するフィルタの抵抗が大
きいと、気体の発生源（多くは内燃機関）とフィルタと
の間の圧力が上昇するので、発生源にとって負担が大き
い。この負担による出力減少等の性能低下を圧力損失と
いい、小さければ小さいほど優れている。セラミックフ
ィルタ９０の圧力損失を減らす手段としては、隔壁面積
を増やして気体の通過パスを増やすことや、隔壁の単位
面積当たりの抵抗自体を小さくすることが考えられる。
そこで従来のセラミックフィルタ９０では、入側室９１
および出側室９２を細かく仕切ることにより隔壁面積を
増やしたり、あるいは、隔壁を薄くすることによりその
単位面積当たりの抵抗を減らすこと等を行い、圧力損失
を小さくするようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、隔壁面
積を増やすために仕切りを増やすといっても、金型の微
細化には限りがあるので、現実にはセラミックフィルタ
９０の全体寸法を大きくしない限り、なかなか実際上の
効果は得られない。一方、隔壁を薄くすると、破損しや
すくなるなど別の問題点が生じる。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、仕切りをあまり細かくすることなく体積当た
りの隔壁面積を増やし、圧力損失の低減を図ったセラミ
ックフィルタを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１の発明は、第１端が開口されるとともに第２端
が封止された入側室と、第２端が開口されるとともに第
１端が封止された出側室とを有し、前記入側室と前記出
側室とを多孔質セラミック材の隔壁で区画しつつ交互に
配置したセラミックフィルタであって、前記隔壁が、前
記第１端と前記第２端とを結ぶ方向と平行なうねりを有
する形状であることを特徴とする。

【０００７】このセラミックフィルタでは、第１端から
入側室に被処理体が進入すると、その被処理体は、多孔
質セラミック材である入側室と出側室との隔壁を透過し
て出側室に移る。このとき、被処理体に含有される固形
成分であって隔壁の細孔よりサイズの大きいものは、隔
壁に阻まれ出側室に移ることができない。このため、第
１端から進入した被処理体のうち、隔壁に捕獲された固
形成分を除いた成分のみが出側室に移り、第２端から外
部に排出される。

【０００８】ここにおいて、入側室と出側室との隔壁が
うねりを有する形状であるため、平面状である場合と比
較して面積が広く、被処理体の通過パスもその分多い。
従って、抵抗が低く圧力損失が少ない。また、うねりが
第１端と第２端とを結ぶ方向、すなわちセラミックフィ
ルタ全体としての流れ方向と平行であるために、第１端
から入側室に進入した被処理体および出側室から第２端
へ脱出しようとする被処理体に対し、流れの抵抗となる
ことがないことも圧力損失の少なさに貢献している。な
お、うねりが流れ方向と平行であることは、製造のしや
すさにも貢献している。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１のセラ
ミックフィルタであって、前記隔壁の交線から交線まで
の幅が、平面状である場合の幅の１．１５倍以上である
ことを特徴とする。

【００１０】この種のセラミックフィルタでは、入側室
と出側室との隔壁交線から交線までの幅の広さが、被処
理体の通過パスの多さに比例する。請求項２のセラミッ
クフィルタではその幅が、平面状である場合の幅の１．
１５倍以上であるため、被処理体の通過パスも平面状で
ある場合よりも１．１５倍以上あり、従って圧力損失は
平面状である場合の約８７％以下である。この幅は、広
ければ広いほど圧力損失が少ないことは言うまでもな
い。例えば、平面状である場合との比較で１．２倍以上
の幅であれば圧力損失は約８３％以下であり、同様に
１．２５倍以上であれば約８０％以下であり、１．３倍
以上であれば約７７％以下である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態を
図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施の形態に係る
セラミックフィルタ１は、ディーゼルエンジンの排気ガ
スからパティキュレート（粒子状物質）を除去して浄化
する、いわゆるＤＰＦである。

【００１２】セラミックフィルタ１は、図１に示すよう
に、概略直方体状の外形をなすものであり、コージェラ
イト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂ ）のようなセ
ラミック材料の多孔質焼成体で形成されている。このセ
ラミックフィルタ１の内部は、長手方向（図１中「Ｉ
Ｎ」と「ＯＵＴ」とを結ぶ方向）と平行な多数のセルが
形成されたハニカム状となっている。そして入側端面１
０では、各セルの端部が交互に開口されまたは封止され
ており、開口されているセルが入側室２を、封止されて
いるセルが出側室３を、それぞれ構成する。出側端面１
１では入側端面１０と逆に、入側室２の端部が封止さ
れ、出側室３の端部が開口されている。

【００１３】そして、セラミックフィルタ１の内部で入
側室２と出側室３とを区画する隔壁４は、図２の部分断
面図に示すように湾曲されている。このため隔壁４はう
ねりを有する曲面となっており、うねりの方向はセラミ
ックフィルタ１の長手方向と平行である。従って、図３
に示すように、隔壁４の交線５から交線５までの幅ｗ₂
は、うねりのない平面状である場合の幅ｗ₁（１〜３ｍ
ｍ程度）と比較して１５％程度長い。このことは、セラ
ミックフィルタ１全体に含まれる隔壁４の総面積が、う
ねりのない平面状の隔壁を有するセラミックフィルタと
比較して１５％程度大きいことを意味する。ただし隔壁
４は、セラミックフィルタ１の長手方向には湾曲してお
らず直線状である。なお、この隔壁４は細孔を多数有す
る多孔質であるため、両側の空間の間に圧力差がある場
合には細孔を通して気体が高圧側から低圧側へ透過する
ことができる。

【００１４】このセラミックフィルタ１において、図１
中「ＩＮ」に示すように入側端面１０にディーゼルエン
ジンの排気ガスを印加すると、排気ガスは開口している
入側室２に進入する。しかし、入側室２の出側端面１１
が封止されているため圧力が上昇し、出側室３との間に
圧力差が生じる。この圧力差により排気ガスは、多孔質
である隔壁４を透過して入側室２から出側室３へ移動す
る。出側室３に移動した排気ガスは、開口している出側
端面１１から「ＯＵＴ」へ向けて脱出する。

【００１５】ここにおいて、前記のように隔壁４が湾曲
している分その総面積が大きいので、入側室２から出側
室３への排気ガスの通過パスが多く、うねりのない平面
状の隔壁を有するセラミックフィルタと比較して隔壁４
の通気抵抗が約８７％と低い。また、隔壁４のうねりが
セラミックフィルタ１の長手方向、すなわち入側室２お
よび出側室３の内部での排気ガスの流れ方向と平行であ
るため、うねりが排気ガスの流れに対して抵抗となるこ
とがなくむしろ整流作用を奏する点でもセラミックフィ
ルタ１全体としての圧力損失が低くなっている。

【００１６】ところで、入側室２に進入した排気ガスに
はパティキュレートが含まれているが、このパティキュ
レートは隔壁４の細孔より大きいので隔壁４を透過する
ことができない。従って、出側室３に移動した排気ガス
にはパティキュレートが含まれておらず、気体成分のみ
が出側端面１１から脱出することになる。かくして、セ
ラミックフィルタ１により排気ガスからパティキュレー
トが除去されて浄化される。

【００１７】なお、除去されたパティキュレートは、隔
壁４に捕獲されその入側室２側の面に堆積する。セラミ
ックフィルタ１の使用を続けているとパティキュレート
の堆積物がしだいに増えて、隔壁４の通気抵抗が増大し
エンジンに負荷をかける（圧力損失が増加する）ので、
適宜の間隔でセラミックフィルタ１を高温（６００〜８
００℃程度）に加熱して堆積物を燃焼除去する再生処理
を行うようにする。このとき、セラミックフィルタ１を
構成する多孔質セラミック材と堆積物とでは熱膨張率が
異なるので（堆積物の熱膨張率が通常大きい）、再生処
理のための加熱により、図４に示すように隔壁４の湾曲
面上で堆積物が自然に剥離する。このため堆積物が隔壁
４に残留しにくく再生効率がよい。

【００１８】かかるセラミックフィルタ１は、実際には
図５のように多数個を並列に集合させてケーシングにセ
ットして使用される。

【００１９】次に、セラミックフィルタ１の製造方法を
説明する。この種のハニカム状セラミックフィルタは通
常、原料セラミック材の微粉末を水で混練した混練物を
金型を用いて押し出し成形し、その後乾燥および焼成を
行って製造する。

【００２０】セラミックフィルタ１を製造するための押
し出し金型２０は、図６の断面図に示すようにベース部
２１と第１型部２２と第２型部２３とを接合したもので
ある。ベース部２１の中央には入口ポート２１Ａが形成
されており、ここから原料材混練物を圧入するようにな
っている。第１型部２２および第２型部２３にはそれぞ
れ中央に第１ダイス部２２Ａ、第２ダイス部２３Ａが形
成されている。第１ダイス部２２Ａ、第２ダイス部２３
Ａには所定形状の隙間が設けられており、入口ポート２
１Ａから圧入された原料材混練物が、第１ダイス部２２
Ａ、第２ダイス部２３Ａを通過することによりセラミッ
クフィルタ１の形状が形成されるものである。

【００２１】第１ダイス部２２Ａは図７の断面図に示す
構造を有している。図７は、図６中Ｘ−Ｘ位置にて直交
する断面図である。図７に示すように、第１ダイス部２
２Ａには多数の円形孔２２Ｂが設けられており、各円形
孔２２Ｂは隣接するものが互いに四辺形状をなすように
配置されている。

【００２２】第２ダイス部２３Ａは図８の断面図に示す
構造を有している。図８は、図６中Ｙ−Ｙ位置にて直交
する断面図である。図８に示すように第２ダイス部２３
Ａには、略十字形状の島部２３Ｂが多数配置されてお
り、各島部２３Ｂの間が隙間２３Ｃとなっている。各島
部２３Ｂは隣接するものの中心が互いに四辺形状をなす
ように配置されている。そして各島部２３Ｂの略十字形
状は、隣接する各島部２３Ｂの中心がなす四辺形に対し
て斜めとなっており、従って隣接する４つの島部２３Ｂ
の尖頭部が一カ所に対面するようになっている。この対
面位置は、図７に示した第１ダイス部２２Ａの円形孔２
２Ｂの位置に相当する（図８には破線で示す）。従って
各島部２３Ｂは、４つの尖頭部の円形孔２２Ｂにかかる
範囲を除いた部分が第１ダイス部２２Ａに接合され、固
定されている。

【００２３】ここにおいて、隙間２３Ｃはセラミックフ
ィルタ１の隔壁４を形成する部分であり、図８の断面図
内では湾曲しているが、図６の断面図に見るような原料
材混練物の押し出し方向には湾曲しておらず直線状であ
る。かかる形状の金型２０は、通常の放電加工やレーザ
加工により製造することが可能である。

【００２４】かかる押し出し金型２０を用い、ベース部
２１の入口ポート２１Ａに原料材混練物を圧入すると
（ＩＮ）、原料材混練物は、入口ポート２１Ａから第１
ダイス部２２Ａの円形孔２２Ｂに流入し、多数の円柱形
状をなして第２ダイス部２３Ａへ向かう。第２ダイス部
２３Ａに到達すると、円形孔２２Ｂから隙間２３Ｃに流
出する。原料材混練物は次々に押し出されてくるので、
各円形孔２２Ｂから流出して隙間２３Ｃを充填しつつ前
進し、押し出し金型２０から脱出する（ＯＵＴ）。この
とき、隙間２３Ｃが原料材混練物の押し出し方向には直
線状であるため、押し出し抵抗が特に大きいことはなく
スムーズに押し出される。脱出した原料材混練物は、図
１および図２で説明したセル形状のハニカム構造を有し
ている。これを乾燥および焼成し、各セルの端部を互い
違いに交互に封止するとセラミックフィルタ１ができあ
がる。

【００２５】以上詳細に説明したように、本実施の形態
に係るセラミックフィルタ１によれば、入側室２と出側
室３とを区画する隔壁４を、うねりを有する曲面状と
し、その総面積がうねりのない平面状である場合の１５
％程度大きくなるようにしたので、排気ガスの通過パス
がその分多く、隔壁４の通気抵抗が約８７％と小さい。
これにより、小形でかつ圧力損失が少なくエンジンに負
担をかけないセラミックフィルタ１が実現されている。
また、隔壁４のうねりがセラミックフィルタ１の長手方
向と平行であるため、入側室２や出側室３の内部での排
気ガスの流れに対しても抵抗となることがなく、この点
でも圧力損失が少なくなっている。また、隔壁４のうね
りにより、再生処理時の熱膨張によりパティキュレート
の堆積物が自然に剥離するので、再生効率の良いセラミ
ックフィルタ１が実現されている。また、隔壁４のうね
りがセラミックフィルタ１の長手方向と平行であること
から、製造時の押し出し抵抗も少なく製造しやすいセラ
ミックフィルタ１が実現されている。

【００２６】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の
改良、変形が可能であることはもちろんである。例え
ば、寸法等について示した数値や、セラミック材の具体
的成分等は単なる例示に過ぎない。また、ディーゼルエ
ンジンのみならず多の種類の内燃機関の排気ガスにも適
用できることはいうまでもなく、さらに液体の被処理流
体にも適用可能である。また、単なるフィルタとして用
いるだけでなく触媒作用を付与したものについても、同
様に本発明を適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、入側室および出側室の仕切りをあまり細かくす
ることなく体積当たりの隔壁面積を増やし、コンパクト
なサイズで圧力損失の低減を図ったセラミックフィルタ
が提供されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係るセラミックフィルタの外形図
である。

【図２】図１のセラミックフィルタの部分断面図であ
る。

【図３】セラミックフィルタの隔壁の幅を説明する図で
ある。

【図４】再生処理時に堆積物が剥離する様子を説明する
図である。

【図５】セラミックフィルタを集合させて使用に供する
状態の図である。

【図６】セラミックフィルタを製造するための金型の断
面図である。

【図７】図６の金型の円形孔部分の断面図である。

【図８】図６の金型の要部の断面図である。

【図９】従来のセラミックフィルタの外形図である。

【符号の説明】

２入側室３出側室４隔壁１０第１端１１第２端

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１端が開口されるとともに第２端が封
止された入側室と、第２端が開口されるとともに第１端
が封止された出側室とを有し、前記入側室と前記出側室
とを多孔質セラミック材の隔壁で区画しつつ交互に配置
したセラミックフィルタにおいて、前記隔壁が、前記第１端と前記第２端とを結ぶ方向と平
行なうねりを有する形状であることを特徴とするセラミ
ックフィルタ。
【請求項２】請求項１のセラミックフィルタにおい
て、前記隔壁の交線から交線までの幅が、平面状である場合
の幅の１．１５倍以上であることを特徴とするセラミッ
クフィルタ。