JPH1057729A - 内燃機関の排ガス浄化フィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタ基材表面のコーティング層が多孔性
隔壁の細孔を閉塞してしまうことを防止し、通気抵抗の
増加を最小限にとどめて通気抵抗の小さいＤＰＦを得
る。 【解決手段】 多孔性隔壁３で隔てられた平行な多数の
セル２を有するフィルタ基材１を、平均粒径が多孔性隔
壁３の平均細孔径よりも小さいγ−アルミナ等の粒子を
含むスラリー中に浸漬した後、多孔性隔壁３の両側に差
圧を生じさせる。この差圧が駆動力となってγ−アルミ
ナが多孔性隔壁３の細孔内に押し込まれ、細孔が閉塞さ
れるのを防止できる。次いで、フィルタ基材１を乾燥、
焼成し、多数のセル２をいずれか一方の端部において互
い違いに盲栓することによって通気抵抗の小さい排気ガ
ス浄化フィルタを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン等の内燃機関から排出されるガスに含まれるパティキ
ュレートを除去し、排ガスを浄化するためのフィルタを
製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンより排出される排ガ
ス中には、煤等の微粒子（パティキュレート）が含まれ
ており、これを捕集、除去して排ガスを浄化することが
環境対策上、重要となっている。

【０００３】このため、従来より、ディーゼルエンジン
の排気通路途中にパティキュレート捕集用フィルタ（Ｄ
ＰＦ）を設置して、パティキュレートを捕集することが
行われている。ＤＰＦは、多孔質セラミックのハニカム
構造体からなるフィルタ基材を有し、該フィルタ基材
は、多孔性隔壁によって互いに隔てられ排気の流れと平
行な多数のセルを有している。各セルは排ガス導入側ま
たは導出側のいずれかの端部において互い違いとなるよ
うに盲栓されており、導入された排ガスが多孔性隔壁を
介して各セル間を流通する間に、パティキュレートが捕
集されるようになしてある。

【０００４】パティキュレートは、一定量捕集された
後、例えば、電気ヒータやバーナで燃焼除去される。し
かしながら、この方法では、パティキュレートの捕集量
が多いと燃焼時のＤＰＦ最高温度が上昇し、ＤＰＦにか
かる熱応力でＤＰＦが破損するおそれがあった。そこ
で、これを回避するために、ＤＰＦに触媒を担持し、触
媒反応により燃焼を行うことで、パティキュレートの燃
焼温度を下げ、捕集した微粒子を連続的に燃焼させるよ
うにしたものがある。

【０００５】この触媒担持型のＤＰＦにおいて、上記フ
ィルタ基材の材質としては、低熱膨張特性を有するコー
ディエライトが一般に用いられる。さらに、表面積を増
加する目的で多孔性のγ−アルミナをコーティングする
ことが行われており、触媒はその表面に担持される。こ
のγ−アルミナのコーティング方法としては、従来、三
元触媒等に用いられるモノリス担体のコーティング方法
として知られるウォッシュコート法、ディップコート法
等をそのまま適用することが一般的である（特開平７−
６８１８４号公報等）。この方法は、図４に示すよう
に、フィルタ基材５をγ−アルミナを含むスラリー中に
浸漬した後、その一方の端部５１の全面より各セル６内
にエアを流して（図中、矢印）、上流側の端部５１と下
流側の端部５２の差圧により、過剰のスラリーを除去す
るとともにγ−アルミナを平滑化し多孔性隔壁７表面に
均一なコーティング層を得るものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、多孔性隔壁７で隔てられるセル６の両端が開放し
ているモノリス担体の場合には好適であるが、本発明で
対象とするＤＰＦに適用する場合、以下のような問題が
あった。すなわち、ＤＰＦは上述したように、多数のセ
ルを互い違いに盲栓することにより各セル間を隔てる多
孔性隔壁を濾材とし、これに排ガスを通過させることに
よりフィルタとしての効果を得るものである。このた
め、上記方法でγ−アルミナをコーティングすると、コ
ーティング層が多孔性隔壁７の細孔を閉塞してしまい、
ＤＰＦの通気抵抗を著しく上昇させて、原動機出力の低
下等の悪影響を及ぼすおそれがあった。

【０００７】しかして、本発明は、フィルタ基材表面の
コーティング層が多孔性隔壁の細孔を閉塞してしまうこ
とを防止し、通気抵抗の増加を最小限にとどめて通気抵
抗の小さいＤＰＦを得ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明請求項１では、多孔性隔壁で隔てられた平行
な多数のセルを有するフィルタ基材を、平均粒径が上記
多孔性隔壁の平均細孔径よりも小さい多孔性金属酸化物
粒子を含むスラリー中に浸漬する第１工程と、スラリー
から取り出した上記フィルタ基材の、上記多孔性隔壁の
両側に差圧を生じさせることにより、上記金属酸化物粒
子を上記多孔性隔壁の細孔内に分散させる第２工程と、
上記フィルタ基材を乾燥、焼成し、上記多数のセルをい
ずれか一方の端部において互い違いに盲栓する第３工程
とによって排気ガス浄化フィルタを製造する。

【０００９】上記方法によれば、第１工程でフィルタ基
材表面に多孔性金属酸化物粒子を含むコーティング層を
形成した後、第２工程において、上記多孔性隔壁の両側
に差圧を生じさせると、この差圧が駆動力となって金属
酸化物粒子が多孔性隔壁の細孔内に押し込まれる。従っ
て、金属酸化物粒子を多孔性隔壁の細孔内に広く分散さ
せて表面積の増加を図るとともに、金属酸化物粒子のコ
ーティングによる通気抵抗の上昇を最小限に抑え、原動
機出力の低下等の不具合が生じるのを防止することがで
きる。

【００１０】上記金属酸化物粒子の平均粒径は、上記多
孔性隔壁の平均細孔径の１／２以下とすることが好まし
い（請求項２）。これにより、金属酸化物が上記多孔性
隔壁の細孔内に分散しやすくなり、通気抵抗の上昇を抑
制する効果が大きい。

【００１１】上記第２工程において差圧を生じさせる手
段としては、例えばエアの吐出または吸引が挙げられ、
上記多孔性隔壁を挟んで隣接する複数のセルを流れるエ
アの流量を違えることにより上記複数のセル間に差圧を
生じさせることが可能である（請求項３）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。図１において、１はＤＰＦを構成するフィルタ
基材で、コーディエライト等の多孔質セラミックのハニ
カム構造体よりなる。該フィルタ基材１は、図の左右方
向に延びる平行な多数のセル２を有しており、これらセ
ル２は多孔性の隔壁３によって互いに隔てられている。
本発明では、まず第１工程として、このフィルタ基材１
を多孔性金属酸化物粒子、例えばγ−アルミナを含むス
ラリーに浸漬し、その表面にγ−アルミナを含むコーテ
ィング層を形成する。

【００１３】γ−アルミナは、その平均粒径が多孔性隔
壁３の平均細孔径より小さいものを用いる。平均粒径が
小さいほど多孔性隔壁３の細孔内に分散しやすく、好ま
しくは、平均粒径を、上記多孔性隔壁３の平均細孔径の
１／２以下とするのがよい。また、γ−アルミナを含む
スラリーは、通常、γ−アルミナにアルミナゾル、水を
加えて混合することにより調製される。触媒を担持する
場合には、予め、通常の方法で触媒を担持させたγ−ア
ルミナを用いればよい。なお、多孔性金属酸化物粒子と
しては、γ−アルミナの他、シリカ、チタニア等を用い
ることもでき、フィルタ基材１の表面積を大きくして、
触媒の担持量を増加することができる。

【００１４】スラリーから引き上げた上記フィルタ基材
１は、次いで、第２工程で、任意の隣り合うセル２１、
２２を隔てる多孔性隔壁３の両側に差圧を生じさせ、γ
−アルミナを隔壁細孔内に分散させる。ここで、差圧を
生じさせる手段としては、エア吐出、吸引、またはその
他の方法のいずれを採用してもよく、隣接するセル２
１、２２のうち、一方のセル２１にエアを流し、他方の
セル２２にエアを流さないようにすることで複数のセル
２１、２２間に差圧を生じさせることができる。

【００１５】図１はこのうちエア吐出を用いてγ−アル
ミナを分散させる方法を示したもので、上記フィルタ基
材１の一方の端面１１（図の左端面）に対向して、エア
吐出口４を配置し、フィルタ基材１の各セル２に対し平
行方向からエアを吐出するようになしてある。この時、
吐出口４の口径は、多孔性隔壁３を隔てて隣接するセル
２１、２２の一方のセル２１にエアを流し、他方のセル
２２にエアを流さないようにするために、フィルタ基材
１断面に対し、十分に小さくすることが望ましい。図で
は、吐出口４の断面積をセル２の断面積と同程度として
いるが、必ずしもこれに限らず、適宜決定すればよい。

【００１６】上記吐出口４とフィルタ基材１の左端面と
の距離ｄは、エアの流れるセル２１と多孔性隔壁３を隔
てて隣接するセル２２との間に十分な差圧を発生し、か
つこの操作を行うことによる効果がフィルタ基材１の右
端面まで及ぶように十分小さくするのがよい。また、吐
出されるエアの圧力はγ−アルミナを多孔性隔壁３の細
孔内に押し込むのに充分でかつこの効果が下流側まで及
ぶように充分高いことが望ましい。

【００１７】これにより、隣接するセル２１、２２を隔
てる多孔性隔壁３の両側に差圧を生じさせ、γ−アルミ
ナを上記隔壁細孔内に分散させることができる。その機
構は、必ずしも定かではないが、吐出口４から吐出され
たエアはフィルタ基材１に対して流束径が小さいので、
フィルタ基材１の多数のセル２のうち、ある数のエアの
流れるセルと残部のエアの流れないセルを生ずる。これ
により生ずる差圧が駆動力となり、多孔性隔壁３の細孔
表面を覆っていたγ−アルミナが多孔性隔壁３の細孔内
に押し込まれるものと考えられる。そして、このエア吐
出口４を上下左右に移動させ、同様の処理を繰り返し行
うことで、フィルタ基材１全体について同様の効果を得
ることができる。その結果、γ−アルミナをコーティン
グすることによる通気抵抗の増加を抑制することができ
る。

【００１８】あるいは、図２に示すように、エア吐出口
４を上記フィルタ基材１の側面方向に配置し、フィルタ
基材１の各セル２に対し垂直な方向からエアを吐出する
ようにしてもよい。この時、吐出口４から吐出されるエ
アの圧力は、隣接するセル２１、２２間に生じる差圧に
より、γ−アルミナを多孔性隔壁３の細孔内に押し込む
のに十分であり、しかもこの操作を行うことによる効果
がエアの流路に位置する全ての多孔性隔壁３に及ぶよう
に十分高いことが望ましい。

【００１９】第３工程では、上記フィルタ基材１を通常
の方法で乾燥、焼成した後、上記多数のセル２を無機接
着剤を用いて盲栓する。この時、栓詰めは、上記多数の
セル２をそれぞれいずれか一方の端部において、かつ盲
栓する端部が隣接するセル２で互い違いとなるように行
う。かくして、多孔性隔壁３を濾材として、これにフィ
ルタ基材１に導入される排ガスを通過させることによ
り、パティキュレートを捕集することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。

【００２１】（実施例１）γ−アルミナ、アルミナゾ
ル、水を重量比２：１：６にて調合し、得られたスラリ
ーにコーディエライト製フィルタ基材（セル半径１ｍ
ｍ）を浸漬した。その後、上記図１に示した方法でエア
吐出を行い、γ−アルミナを多孔性隔壁の細孔内（平均
細孔径２０μｍ）に分散させた。この時、吐出口半径１
ｍｍ、吐出口からフィルタ基材上流側までの距離１００
ｍｍ、吐出圧９ｋｇ／ｃｍ² で、エアをセルに対し平行
方向から吹きつけるとともに、エアをフィルタ基材断面
の全ての点を走査させることで、全ての多孔性隔壁につ
いてその両側に差圧を生じさせることにより、γ−アル
ミナの分散処理を行った。次いで、１２０℃で乾燥を行
い、８００℃で焼成した後、セルの端部を互い違いに盲
栓し、ＤＰＦを得た。

【００２２】得られたＤＰＦに対し、排ガス流量１．８
ｍ／ｓｅｃの条件で圧力損失の測定を行った。結果を表
１に示す。また、図３に横軸をエア吐出圧力とし縦軸を
圧力損失としたグラフを示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】（実施例２〜５）エア吐出圧力を、７ｋｇ
／ｃｍ² 、５ｋｇ／ｃｍ² 、３ｋｇ／ｃｍ² 、１ｋｇ／
ｃｍ² にそれぞれ変更した以外は上記実施例１と同様に
してＤＰＦを作製した。得られたＤＰＦの圧力損失を同
様の条件で測定し、結果を表１、図３にそれぞれ示し
た。

【００２５】（比較例１）実施例１と同様のフィルタ基
材にγ−アルミナのコーティングを行うことなく互い違
いに盲栓してＤＰＦを作製した。得られたＤＰＦの圧力
損失を同様の条件で測定し、結果を表１、図３にそれぞ
れ示した。

【００２６】（比較例２）実施例１と同様の方法で、フ
ィルタ基材をγ−アルミナのスラリーに浸漬した後、従
来の方法に基づき、フィルタ基材の一方の端面の全面よ
りエアを流して過剰なスラリーを除去した。次いで、上
記実施例１と同様の方法で乾燥、焼成し、互い違いに盲
栓してＤＰＦを作製した。得られたＤＰＦの圧力損失を
同様の条件で測定し、結果を表１、図３にそれぞれ示し
た。

【００２７】（比較例３、４）γ−アルミナの平均粒径
を５０μｍ、２０μｍに変更した以外は実施例１と同様
の方法でＤＰＦを作製した。得られたＤＰＦの圧力損失
を同様の条件で測定し、結果を表１、図３にそれぞれ示
した。

【００２８】（実施例６）γ−アルミナの平均粒径を１
０μｍに変更した以外は実施例１と同様の方法でＤＰＦ
を作製した。得られたＤＰＦの圧力損失を同様の条件で
測定し、結果を表１、図３にそれぞれ示した。

【００２９】実施例１〜５の結果より明らかなように、
本発明方法によるγ−アルミナの分散工程を経て得られ
たＤＰＦは、従来方法による比較例２に比べて、圧力損
失を大幅に小さくすることができる。この時、吐出圧力
１ｋｇ／ｃｍ² 以上で明らかな効果が見られ、吐出圧力
５ｋｇ／ｃｍ² 以上で比較例１のγ−アルミナのコーテ
ィングを行わない場合にほぼ近い値とすることができ
る。また、実施例２、６と比較例３、４の結果を比較し
て明らかなように、圧力損失を十分小さくするには、γ
−アルミナの平均粒径を多孔性隔壁の平均細孔径より小
さくすることが必要であり、特にγ−アルミナの平均粒
径を多孔性隔壁の平均細孔径の１／２以下とするとその
効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を説明するためのＤＰＦの全体概略
断面図である。

【図２】本発明方法を説明するためのＤＰＦの全体概略
断面図である。

【図３】エア吐出圧力と圧力損失の関係を示すグラフで
ある。

【図４】従来方法を説明するためのＤＰＦの全体概略断
面図である。

【符号の説明】

１ フィルタ基材 ２ セル ２１、２２ セル ３ 多孔性隔壁 ４ 吐出口

フロントページの続き (72)発明者 影山 照高 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 近藤 寿治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔性隔壁で隔てられた平行な多数のセ
   ルを有するフィルタ基材を、平均粒径が上記多孔性隔壁
   の平均細孔径よりも小さい多孔性金属酸化物粒子を含む
   スラリー中に浸漬する第１工程と、スラリーから取り出
   した上記フィルタ基材の、上記多孔性隔壁の両側に差圧
   を生じさせることにより、上記金属酸化物粒子を上記多
   孔性隔壁の細孔内に分散させる第２工程と、上記フィル
   タ基材を乾燥、焼成し、上記多数のセルをいずれか一方
   の端部において互い違いに盲栓する第３工程とからなる
   ことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化フィルタの製造
   方法。
2. 【請求項２】 上記金属酸化物粒子の平均粒径が、上記
   多孔性隔壁の平均細孔径の１／２以下である請求項１記
   載の内燃機関の排ガス浄化フィルタの製造方法。
3. 【請求項３】 上記第２工程において差圧を生じさせる
   手段がエアの吐出または吸引であり、上記多孔性隔壁を
   挟んで隣接する複数のセルを流れるエアの流量を違える
   ことにより上記複数のセル間に差圧を生じさせる請求項
   １または２記載の内燃機関の排ガス浄化フィルタの製造
   方法。