JPS60106514A - 微粒子捕集用セラミツクフイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） □本発明は、微粒子捕集用セラミックフィルタに関する
。

〔従来技術〕

エンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とする微
粒子が含まれる。そしてこの微粒子を除去するに適する
フィルタ材としては、３次元網目構造を有するセラミッ
クフィルタ（以下フオームフィルタという）およびハニ
カムの入口側と出口側のセルに交互に栓をしたウオール
スルータイプのセラミックフィルタ（以下ハニカムフィ
ルタという）等のセラミックフィルタがある。しかし、
特にフオームフィルタにおいては、微粒子捕集性能およ
び捕集された微粒子の再飛散防止性能が良くないため、
その改良として、セラミックフィルタの担体表面上にア
ルミナ、チタニア、マグネシア等の多孔質無機材料が被
覆される。しかし従来のこれらの被覆をしても、微粒子
′捕集性能は十分でなく、長時間微粒子を捕集すると急
加速時等において捕捉した微粒子が再飛散するという欠
点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記欠点を解消するものであり、エンジンの
排気ガス中に含まれる微粒子の捕集性能および該捕集さ
れた微粒子の再飛散防止性能を向上せしめる微粒子捕集
用セラミックフィルタを提供する。

〔発明の構成〕

本発明の微粒子捕集用セラミックフィルタは、エンジン
の排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するためのセラミ
ックフィルタにおいて、　該セラミックフィルタの担体
の表面上に、繊維径０．１〜１μおよび繊維長１０〜２
００μの繊維状無機物質を０．５〜７０重量％含むセラ
ミック被覆層を形成させることを特徴とする。即ち本発
明の微粒子捕集用セラミックフィルタの構成要素である
セラミック被＠層は、ｇＡ１１１径０．１〜１μおよび
繊維長１０〜２００μの・繊維状無機物質を０．５〜７
０重量％含む。

上記繊維径が１μより以上例えば２〜４μ程度の場合は
、微粒子の捕集性能および再飛散防止性能は、従来の微
粒子捕集用セラミックフィルタと比べてほとんど向上し
ない。上記繊維長は、短いものの方がより好ましいが、
通°常は上記のように１０〜２００μ程度である。なお
該繊維径および長１１使用される繊維の種類およびその
製造方法等により異なり、例えばウィスカは繊維径およ
び繊維長は小さい。また、該繊維の表面は平滑なもので
はなく、凹凸形状を有するものが好ましい。

なお、該繊維、の表面に微細な粒子又は化合物を蒸着等
によりイ」着せしめて、多孔質状の表面とすることもで
きる。

繊維状無機物質の添加量は、０．５〜７０！ｌ１ｆｆｉ
％であり、該添加量の多い程好ましい。しかし添加効果
、製造上の制約およびセラミック被覆層の安定性等を考
慮すると、通常該添加量は０．５〜１０重量％である。

即ち該添加ｍが０．５重量％未満例えば０．１重量％程
度では、該繊維状無機物質の添加効果は小さい。

上記繊維状無機物質の種類は、繊維径および繊維長が上
記範囲のものであるセラミックであれば良く、特に限定
されない。従って該繊維状無機物質には、アルミナ、炭
化ケイ素等が用いられる。

−上記のように該繊維状無機物質の種類が特に限定され
ない理由は以下のとおりである。フオームフィルタのカ
ーボン微粒子捕集機構としては、（１）捕集表面へのカ
ーボン微粒子の衝突、（２）カーボン微粒子の吸着、の
２点が主として考えられる。

本発明では吸着性が同一の被覆材料中に繊維状無機物質
を添加量ることにより、捕集表面の形状を複雑にして、
カーボン微粒子の衝突による捕集性能を向上させている
ためである。また再飛散に対しては、吸着力のみで付着
しているカーボン微粒子はレーシング等により容易に再
飛散するが、表。

面形状を複雑化することにより凹部に抱え込むカーボン
微粒子が増加し、再飛散が抑制されると考えられるため
である。このことから被覆層に含有する繊維状無機物質
としては、繊維径、長さが適切であれば、その種類にか
かわらず、捕集性能向上、再飛散防止に有効といえる。

上記繊維状無機物質を所定量含むセラミック被ｌｉ層は
、該繊維状無機物質とピラミックバインダーとから成る
。該セラミックバインダーの、種類は、焼成後に該繊維
状無機物およびセラミックフィルタ担体と使用に耐えう
る程度の接着強度を有り−るものであれば良く、特に限
定されない。例えば該セラミックバインダーには、アル
ミナ、チタニア、マグネシアおよびジルコニア等が使用
される。使用されるバインダーの形状は粉末状でも、ゾ
ル状その他のものでも良い。例えばアルミナでいえば、
アルミナ粉末、アルミナゾル等が用いられる。

上記セラミック被覆層は、多孔質性を有するものが好ま
しい。従って例えばアルミナ被覆層でいえば、γ−アル
ミナから成る被覆層が好ましい。

また該セラミック被覆層の厚さは、特に限定されないが
、通常５０〜１００μ程度である。

セラミックフィルタの担体には、エンジンの排気ガスに
含まれる微粒子を捕集するためのセラミックフィルタに
通常用いられるものが使用される。

その材質は一般にコージェライトが用いられるが、その
他ムライト又はスピネル等を用いることもできる。また
その担体の形状は問わない。

本発明の微粒子捕集用セラミックフィルタは、フオーム
フィルタ、ハニカムフィルタその他のセラミックフィル
タにも応用できる。特にフオームフィルタにおいては、
微粒子捕集性能のみならず捕集された微粒子の再飛散防
止性能を向上せしめる点において、好都合である。さら
に本発明の微粒子捕集用セラミックフィルタは、エンジ
ンの排気ガス中のカーボンを主成分とする微粒子を捕集
するためのものであり、ディーゼルエンジンでもガソリ
ンエンジンのいずれの排気系にも設置できる。また本微
粒子捕集用セラミックフィルタは、自動車用に限らず他
の機関のエンジンにも応用できる。

本発明の微粒子捕集用セラミックフィルタの製造方法に
は、セラミックフィルタの担体の表面上にセラミック被
覆層を形成させる、一般の方法を用いることができる。

例えば所定形状を有する繊維状無機物質の所定量とアル
ミナ粉末、水および界面活性剤等からなるスラリーを得
て、これの中に担体を浸漬し、乾燥、焼成して所定の微
粒子捕集用セラミックフィルタを製造することができる
。

〔発明の効果〕

本発明の微粒子捕集用セラミックフィルタは、微細な繊
維形状（径１．０〜１μ、長１０〜２００μ）を有する
繊維状無機物質を含むセラミック被覆層を有することを
特徴とする。即ち本発明の微粒子捕集用セラミックフィ
ルタは、凹凸を有づる複雑な表面形状を有する。従って
本発明の微粒子捕集用セラミックフィルタは、従来と同
一の圧力損失の条件では、エンジンの排気ガスに含まれ
る、カーボンを主とする微粒子の捕集性能が、従来のも
のと比べて向上する。換言すれば、従来と同一の捕集性
能の条件では、本発明の微粒子捕集用セラミックフィル
タは、圧力損失を低減することができる。

また本発明の微粒子捕集用セラミックフィルタは、上記
の表面形状を有するので、本微粒子捕集用セラミックフ
ィルタの、捕集された微粒子の再飛散防止性能は、従来
のものと比べて優れる。従って水微粒子捕集用セラミッ
クフィＪＬ、−夕は、自動車等の急加速等におけるカー
ボ′ンを主とする微粒子の再飛散量を減少でき、ＬＡ剌
４モード等のモード走行における捕集性能の向上につな
がる。

本発明の微粒子捕集用セラミックフィルタは、上記性能
を有するので、エンジンのうち特に排気ガス中に含まれ
るカーボンを主とする微粒子の多いディーゼルエンジン
の排気ガスの処理用に極めて有効である。

〔実施例、比較例〕

以下゛、本発明を実施例により説明する。

実施例 コージェライト製円筒状フオームフィルタの担体上に、
微１１（直径０．１〜１μ、長さ１０〜５０μ）な繊維
状アルミナを、０．５．１．０，２゜５．５．０および
１０．０重」％含むアルミナ被■を形成させたフオーム
フィルタ（゛各々Ｎｏ。

１．２．３．４および５）を以下のようにして製造した
。

市販の直径０．１〜１μ、長さ２０〜３０ｍ−の繊維上
アルミナを界面活性剤及び蒸溜水から成る溶液中に投入
し、ミキサーで繊維状アルミナを切断して直ｔ！０．１
〜１μ、長さ１０〜５０μの分布を有するＩＩＩ状アル
ミナを得た。この繊維状アルミナをアルミナゾル、アル
ミナ粉末、蒸溜水、界面活性剤からなるスラリー中にア
ルミナ粉末に対して０．５．１．０，２．５．５．０，
１０゜０ｆｆｉ１１％添加してよく撹拌し、各々のスラ
リーを得た。

次に市販のコージェライト製円筒状フオームフィルタ担
体、（直径１００ｍ１１、長す１ｏｏＩｌｌ１１）ヲ５
個準備し、上記各々のスラリーに１ケづつ浸漬した。こ
れらの浸漬物を引上げて余分な液滴を除去し、変温上乾
燥機中で十分乾燥させた後、５゜０℃で２時間焼成して
、直径０．１〜１μ、長さ１０〜５０μの繊維上アルミ
ナを０．５〜１０重量％含有するラルミナ被覆層を持つ
各々のフオームフィルタＮｏ、１（繊維状アルミナ含有
ｌｌ１ｏ。

５重間％）、２（同１．０）、３（同２．５）、４（同
５．０）、５　（１０，０）を得た。

上記により製造したフィルタＮ００１〜５の（１）微粒
子の捕集性能および（２）捕集された微粒子の再飛散防
止性能を試験した。

（１）フィルタＮ０１１〜５を、２．２１のディーゼル
エンジンの排気系に取付け、２０００ｒｐ１１Ｘ５ｋ（
１−（至）の条件下で３時間運転し、その間の微粒子の
平均捕集率を測定した。それらの結果を表に示した。

捕集率の測定は、フィルタ上流の排気管および下流の排
気管から２０ＯＬの排ガスをサンプリングし、テフロン
コーティングガラスフィルタ（直径４’７１１１１１１
）に付着したカーボン微粒子の重量を測定することによ
りめた。

（２）前記（１）の条件下で３時間運転後、排気系から
フオームフィルタＮｏ、１〜５を取り外し、実験前後の
重量差からカーボン微粒子の付着量を測定した。その−
再度フオームフィルタＮ０゜１〜５を排気系に取付け、
アイドリンク５秒次いで４０００ｒｐｍ１０秒さらにア
イドリンク５秒のエンジン条件で１０サイクルレーシン
グを行なった後、取り外し重量を測定した。以上の結果
より、レーシングにより再飛散したカーボン微粒子の重
量を測定し、再飛散した微粒子の重量％をめた。

それらの結果を表に示した。

比較例１ 実施例で用いた担体と同じ担体上に、実施例で用いたの
と同一形状の繊維状アルミナを０．１重量％含むアルミ
ナ被覆層を形成させたフオームフィルタを製造した。そ
の製造は、実施例と同様の方法で行なった。

上記により製造されたフオームフィルタを、実施例と同
様にして、微粒子の捕集性能および再飛散防止性能を試
験した。その結果を表に示した。

比較例２ 実施例で用いた担体と同じ担体上に、径２〜４μおよび
長さ１０〜５０μの繊維状アルミナを２゜５重％含むア
ルミナ被覆層を形成させたフオームフィルタを製造した
。その製造方法は、径２〜４μおよび長さ２０〜３０１
１ＩＩｌの繊維上アルミナを用いる以外は、すべて実施
例と同様の方法で行なった。　□ 上記により製造されたフオームフィルタを、実施例と同
様にして、微粒子の捕集性能および再飛散防止性能を試
験した。その結果を表に示しＩＣ０比較例３ 実施例で用いた担体と同じ担体上に、繊維状アルミナを
含まないアルミナ被覆層を形成させたフオームフィルタ
を以下のようにして製造した。

アルミナゾル、アルミナ粉末、蒸溜水、界面活性剤から
成るスラリーに市販のコージェライト製７オームフイル
タ（直径１００ＩＩＩＩ１１長さ１００ｍｍ円筒状）を
浸漬し、以後実施例と同じ操作でアルミナ被覆層をもつ
フオームフィルタを得た。

上記により製造されたフオームフィルタを、実施例と同
様にして、微粒子の捕集性能および再飛散防止性能を試
験した。その結果を表に示しＩＣ０なお、上記実施例お
よび、比較例１〜３におけるアルミナ被覆層の重量は、
フィルタ容積１ＬあＮｏ、平均捕集率　レーシング後再
飛散した２　４３　５６ ３　４５　４９ ４　４５　５０ ５　４６　４９ 比較例　１　４０　６２ ２　３８　６７ ３　４０　６５ たり５５〜６０１１であった。

表に示したように、本実施例により製造されたフオーム
フィルタ（ＮＯ，１〜５）即ち微細形状（径０．１〜１
μ、長さ１０〜５０μ）を有する。

繊維上アルミナを０．５〜１０重量％含むアルミナ被Ｎ
層が形成されているフオームフィルタは、その添加量が
０．１重量１％と少ない場合（比較例１）、その繊維状
アルミナの径が大きい場合（比較例２）およびその繊維
状アルミナをまったく含まない場合（比較例３）とくら
べて比べて微粒子の捕集性能および再飛散防止性能が優
れる。

特許出願人　ｌ・ヨタ自動車株式会社 代理人　弁理士　大川　宏 同　弁理士　藤谷　修 一同　弁理士　丸山明夫

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの排気ガス中に含まれる微粒子を捕集す
   るためのセラミックフィルタにおいて、該セラミックフ
   ィルタの担体の表面上に、繊維径０．１〜１μおよび繊
   維長１０〜２００μの繊維状無機物質を０．５〜７０重
   量％含むセラミック被覆層を形成させることを特徴とす
   る微粒子捕集用セラミックフィルタ。
2. （２）繊維状無機物質の繊維長は、１０〜５０μである
   特許請求の範囲第１項記載の微粒子捕集用セラミックフ
   ィルタ。
3. （３）セラミック被覆層に含まれる繊維状無機物質は、
   ０．５〜１０重量％である特許請求の範囲第１項記載の
   微粒子捕集用セラミックフィルタ。
4. （４）繊維状無機物質は、アルミナである特許請求の範
   囲第１項記載の微粒子捕集用セラミックフィルタ。