JPS61138513A - 微粒子捕集浄化フイルタの製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車等の内燃［関から排出される排気ガス中
のカーボンを主成分とする微粒子物質（パティキュレー
ト）を捕集し、排気ガスを浄化する排気ガス浄化用フィ
ルタに関し、詳しくはハニカム構造を有するセラミック
製の排気ガス浄化用フィルタの製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術１ 従来ハニカム構造を有する排気ガス浄化用フィルタは、
第１図および第２図に示すように互いに隔壁５をへだて
た多数の通路１．２を有している。

そして円筒状のフィルタの軸方向一端面の該通路の開口
を略市松状に閉塞し、この一端面で閉塞されなかった通
路の他端面の開口を閉塞した構造のものが用いられてい
る。この排気ガス浄化用フィルタを内燃機関の排気系へ
装着すると、一方の端面の導入通路２の開口から通路に
入った排気ガスは閉塞部４によりそのまま他端面から出
られず、該通路を区画構成する多孔質な隔壁５の細孔を
通過する。そしてこの細孔によりパティキュレートが捕
集され、浄化された排気ガスは隣接する排出通路１を通
り他端面の該排出通路１の開口より排出される。

そして上記閉塞部を形成するにはセラミック原料粉末、
バインダ、水等からなる閉塞部材を微粒子捕集浄化フィ
ルタの両端面に上記の構成となるように略市松状に埋め
、焼成して閉塞部を形成していた。

［発明が解決しようとする問題点］ 微粒子捕集浄化フィルタは使用中にパティキュレートが
排気通路に堆積し、圧力損失が増大してエンジンの出力
低下を沼くようになる場合がある。

このため定期的に捕集されたパティキュレートをヒータ
あるいはバーナ等外部着火手段を用いて燃焼させ、フィ
ルタの再生を行なう必要がある。そしてこの外部着火手
段による再生方法は、フィルタの一端面側でパティキュ
レートに着火し、導入通路および排出通路を通じて他端
面側へ燃焼を伝播させるものであるため、再生を確実に
行なうには良好な燃焼伝播が必要であった。

しかしながら上記従来の微粒子捕集浄化フィルタでは閉
塞部材は主としてセラミック原料により構成されている
。従って焼成して得られる閉塞部はセラミック原料が緻
密に焼結した状態であり、通気性はほとんどなかった。

そのため導入通路の間口端で着火した燃焼エネルギーは
導入通路他端の閉塞部にさえぎられ、酸素の供給の不足
も加わって導入通路深部まで達しないうちに導入通路の
多孔質隔壁を通じて隣接する排出通路を通って外部へ逃
げる。その結果導入通路深部ではパティキュレートの燃
焼が途中で停止し、フィルタを充分に再生することは困
難となっていた。また特開昭５９−２８０１０号公報で
は燃焼伝播性を改良すべく、導入通路間口端近くに多く
のパティキュレートが堆積する様な試みがなされている
が、導入通路開口近辺での着火性、燃焼伝播性の改良効
果は見られるものの上記問題点は依然残っていた。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、燃
焼伝播性に優れた微粒子捕集浄化フィルタの製造方法を
提供するものである。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明の微粒子捕集浄化フィルタの製造方法は。

セラミックス粉末を主体とする成形原料から軸方向に平
行な多数の通路を有するハニカム状の成形体を得る成形
工程と、 セラミック粉末を主体とする閉塞部材により、該通路の
一部の該成形体の後端を閉塞し先端は開口とした導入通
路、および該導入通路に隣接する他の通路の該先端を閉
塞し該後端を開口とした排出通路を形成する閉塞工程と
、 該成形体および該閉塞部材を焼結する焼成工程と、 から成る微粒子捕集浄化フィルタの製造方法において、 少なくとも該導入通路を閉塞する該閉塞部材には平均粒
径５０〜７００μｍの可燃性物質がセラミック粉末１に
対し体積比で１／３〜３倍の範囲となるように含まれて
いることを特徴とする。

本発明にいう成形工程は従来と同様の方法で行なうこと
ができる。すなわち三次元網目構造の隔壁を有し、所望
の成形体と同様のハニカム構造のポリウレタンフォーム
等の有機化合物を骨材とし、該骨材の表面にセラミック
原料を固着してこれを焼成することにより骨材が消失し
、セラミックを焼結して骨材と同様な構造とする方法が
ある。またセラミック原料、バインダ、水等を混練後押
出成形させて所望の成形体を得る方法もある。

上記の成形体を得る原料としては、まず基体となるセラ
ミック粉末がある。このセラミック粉末にはコージェラ
イト、アルミナ、ムライト、スポジューメン、チタン酸
アルミニウム、ユークリブトタイト等の従来と同様のセ
ラミック原料を単独で、あるいは二種以上混合して使用
することができる。

また上記原料には成形体の形くずれを防止するために通
常バインダが混合される。このバインダには従来と同様
にメチルセルロース、カルボキシ・メチルセルロース、
アルギン酸アンモン、ポリビニルアルコール等が使用で
きる。またグリセリン等の潤滑剤、その他の添加剤を添
加することも差し支えない。

なお押出成形用原料には導入通路および排出通路を区画
構成する隔壁を多孔質とするための添加剤として鉄粉、
銅粉、ニッケル粉等の上記セラミック粉末の焼成温度以
下で共融あるいは置市あるいは溶融して液相を生じる物
質、またはカーボン、ワックス等の燃焼あるいは揮発す
る物質等を使用することができる。

上記原料は水等の液体とともに混練後成形されるが、得
られる成形体は軸方向に平行な多数の通路を有するハニ
カム構造体である。そして該通路の断面形状は円形でも
多角形でもよく、断面積は軸方向に渡って一定でも、ま
た一様に変化してもよい。

上記成形体の通路は一般に該成形体の軸方向両端で開口
している。したがって微粒子捕果浄化ノイルタとするに
は前記閉塞工程が必要となる。この閉塞工程はセラミッ
ク粉末を主体とする閉塞部材を用い、前記のごとく両端
面を略市松状に互いちがいに閉塞する工程である。具体
的には閉塞部材を直接開口部に埋め込んでもよいし、パ
ラフィンワックス等であらかじめ閉塞されない開口をマ
スクした棲閉塞部材を全体に埋め込み、焼成時にマスク
されたパラフィンワックス等を焼失せしめる方法もある
。

本発明にいう焼成工程は上記成形体および閉塞部材のセ
ラミック粉末を焼結させ、かつ成形体と閉塞部材を一体
的に結合させる工程である。この焼成工程は例えば８０
〜１２０℃で水等の液体を乾燥させた後１３００〜１４
７０’Ｃで５〜６時間保持する等、従来と同様に行なう
ことができる。

なお成形工程後に焼成工程を行ない、その後閉塞工程と
焼成工程を行なうこともできるが、成形工程と閉塞工程
を続けて行なった後焼成工程を行なうこともできる。こ
の場合は焼成工程が一度でよくエネルギーの節減になっ
て好ましい。

本発明の最大の特色は上記閉塞工程で使用される閉塞部
材の組成にある。すなわち少なくとも導入通路となる成
形体の通路の一端部の開口を閉塞する閉塞部材には可燃
性物質が含まれている。この可燃性物質はセラミック粉
末の焼成温度以下で燃焼するものであればよく、樹脂、
ゴム、繊維、木粉、カーボン等を使用できる。そしてこ
の可燃性物質の平均粒径は５０〜７００μｍのものが使
用でき、該閉塞部材に含まれるセラミック粉末１に対し
体積比で１／３〜３倍の範囲で含有されることが望まし
い。ここで可燃性物質の平均粒径が５０μｍより小さい
場合には得られる微粒子捕集浄化フィルタの圧力損失が
高くなり、７００μｍより大きい場合には使用時に閉塞
部材が脱落したり、パティキュレートの捕集効率が低下
するようになって好ましくない。また可燃性物質の含有
量がセラミック粉末１に対して体積比で１／３より少な
い場合には後述するフィルタの再生可能温度が高くなり
、３倍より多い場合には焼成時あるいは使用時に閉塞部
材が脱落してパティキュレートの捕集効率が低下する不
具合が発生するようになる。なお可燃性物質はセラミッ
ク粉末と体積比で同１以上含有されるのが特に望ましい
。

この可燃性物質は焼成時に燃焼して閉塞部内部および表
面部に細孔を形成し、もって閉塞部に通気性を付与する
ものである。そして可燃性物質が上記範囲にあればパテ
ィキュレートの捕集効率も従来に比べて低下することな
く望ましい微粒子捕集浄化フィルタが得られる。

上記可燃性物質は少なくとも導入通路をｉ塞する閉塞部
材に配合されるが、排出通路を閉塞する閉塞部材に配合
することもできる。しかしながら排出通路を閉塞する閉
塞部材には可燃性物質を配合せず、セラミック体が緻密
に焼結した非通気性の閉塞部とすることが望ましい。排
出通路閉塞部が通気性を有していると使用開始時等のパ
ティキュレートの捕集効率が非通気性の閉塞部を有する
ものに比べて劣る場合があるからである。

閉塞部材には可燃性物質以外の成分としていうまでもな
くセラミック粉末、バインダ、水等が配合され、前述し
た成形体に使用できるものと同様のものを用いることが
できる。なおセラミック粉末は平均粒径が１０〜３００
μｍのものが望ましい。平均粒径が１０μｍより小さい
場合には目的とする通気性が得にくく、また細かすぎる
為に製造時の取り扱いが困難となる。また３００μｍよ
り大きい場合には懲結性に劣り、導入通路壁との接着性
が悪くなる、等の不具合が発生する場合があるからであ
る。

なお得られた微粒子捕集浄化フィルタにはγ−アルミナ
等からなる担持層を形成することもでき、パラジウム、
ロジウム等の触媒を微粒子捕集浄化フィルタ表面直接に
、あるいは上記担持層に担持させることも好ましい。

［発明の作用効果］ ・　不発明の製造方法では閉塞部材に含まれる可燃性物
質により閉塞部に通気性を付与することが可能となる。

そして閉塞部に通気性を付与するにも特別な工程を行な
う必要はなく、従来の非通気性の閉塞部を形成する方法
とほとんど同様に（１なうことができる。この閉塞部の
通気性により微粒子捕集浄化フィルタの再生時に燃焼伝
播が導入通路および排出通路の隅々まで行きわたって確
実な再生が行なわれる。

［実施例１ 以下実施例により具体的に説明する。なお配合量の単位
である部はすべて重量部を意味する。

（第１実施例） 押出成形により成形され焼成された市販の直径３０ミリ
メートル、長さ５０ミリメートル、通路故２００１１１
／　ｉ　ｎ！　、隔壁厚０．３ミリメートルの円筒状で
ハニカム状の多孔質隔壁を有するコーン１ライト質成形
体（ハニカム構造体）を用い、コージェライト粉末（平
均粒子径１００μｍ）８５部、メチルセルロース５部お
よび蒸溜水１０部をニーダで混練して得られた第１閉塞
部材を、該成形体の排気ガス入口側端面に開口する多数
の通路に所定の冶具を用いて一つおきに市松状に押し込
み、深さ２〜４ミリメートルとなるように充填して排出
通路を形成した。次にコージェライト粉末（平均粒子径
１００μｍ）５０部、活性炭（粒径５３〜１７７μｍ、
平均粒径１２０μｍ）３５部、メチルセルロース５部お
よび蒸溜水１０部を混練して得られた第２閉塞部材を、
上記成形体の排気ガス出口側端面で、上記排気ガス入口
側端面で充填されていない通路の間口に同様の治具を用
いて深さ２〜４ミリメートルとなるように充填して導入
通路を形成した。この場合には閉塞部材中にコージェラ
イト粉末と活性炭は体積比で１対１の割合となっている
。次にこの成形体を１２０℃で２時間乾燥させ、１４３
０°Ｃで５時間焼成して成形体と閉塞部材を結合せしめ
、実施例１の微粒子捕集浄化フィルタを得た。この実施
例１の微粒子捕集浄化フィルタは排気ガスの導入通路に
通気性の閉塞部を有し、排気通路に非通気性の閉塞部を
有している。

得られた微粒子捕集浄化フィルタは、導入通路が開口し
ている端面より空温の空気を１．５立方ｍ／分の条件で
導入し、マノメータにより入口端面と出口端面での空気
の圧力の差を測定して圧力損失が求められた。また閉塞
部の強度をみるべく導入通路が開口している端面より３
ｋＱ／ＣＩｌ＋’の圧力で空気を１分間吹きつけ、閉塞
部の脱落の有無を目視で判定した。これらの結果を第１
表に示す。

次に導入通路を閉塞する第２閉塞部材に含有される活性
炭の粒径をそれぞれ１７７〜４２０μｍ（平均粒径２５
０ｕｍ）　、４２０〜５９０μｍ（平均粒径５００ｕｍ
）＝Ｂよび５９０〜７２５μｍ（平均粒径６５０μｍ）
とし、コージェライト粉末との体積比が１対１となるよ
うに配合性を調節すること以外は実施例１と同一のハニ
カム成形体を用い、同様の第１閉塞部材を使用し、同様
の方法により実施例２、実施例３および実施例４の微粒
子捕集浄化フィルタを製造した。また第２閉第１表 Ｏ・・・脱落無し Δ・・・わずかに脱落有り ×・・・脱落多し 塞部材の活性炭の粒径を７２５〜ｉ　ｏｏｏμｍ（平均
粒径８５０μｍ）とし、コージェライト粉末との体積比
が１対１となるように配合量を調節すること以外は上記
実施例と同一のハニカム成形体を用い、同様の第１閉塞
部材を使用し、同様の方法により比較例１の微粒子捕集
浄化フィルタを製造した。またハニカム成形体の両端面
を閉塞する閉塞部材に実施例１．で排出通路を閉塞した
第１閉塞部材と同一のものを使用すること以外は実施例
１と同一のハニカム成形体を用い、同様の方法により導
入通路の閉塞部および排出通路の閉塞部の両方が非通気
性である従来例１の微粒子捕集浄化フィルタを製造した
。

これらの実施例、比較例および従来例の微粒子捕集浄化
フィルタは実施例１の微粒子捕集浄化フィルタと同様に
圧力損失と閉塞部の脱落度合が測定され、結果をまとめ
て第１表に示す。

第１表より、、比較例１の微粒子捕集浄化フィルタのよ
うに活性炭の平均粒径が７００ａｍを超えると閉塞部の
１１５２落度合が大きくなって使用に耐えず、従来例１
の微粒子捕集浄化フィルタでは圧力損失が２７１ｍｍＨ
ｚＯと高い値を示している。

一方実施例１〜４の微粒子捕集浄化フィルタは圧力損失
が１６５〜２３０ｍｍＨｔＯと従来例よりも低い値を示
し、閉塞部の脱落もほとんど見られず好ましい結果であ
る。

（第２実施例） 第２の実施例として可燃性物質の配合量を変化させた微
粒子捕集浄化フィルタを製造し、その再生可能温度を測
定した。

導入通路を閉塞する第２閏塞部材にコージェライト粉末
（平均粒径１００μｍ）７０部、活性炭〈粒径４２０〜
５９０μｍ、平均粒径５００μｍ）１５部、メチルセル
ロース５部および水１０部を混線した閉塞部材を使用す
ること以外は実施例１と同一のハニカム成形体を用い、
同様の第１閉塞部材を使用し、同様の方法で実施例５の
微粒子捕集浄化フィルタを製造した。この場合にはコー
ジェライト粉末と活性炭との体積比は３対１となってい
る。

この実施例５の微粒子捕集浄化フィルタはざらにγ−ア
ルミナ粉末４０部、アルミナゾル４０部、硝酸アルミニ
ウム２．５部および蒸溜水１７．５部からなる懸濁液中
に浸漬され、引き上げて余分な液体を吹き払った後１２
０℃で２時間乾燥後７００℃で３時間焼成してγ−アル
ミナ担持層が形成された。さらに塩化パラジウムを０．
３５９含む水溶液に上下に揺動させながら１時間浸漬さ
れ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液によって還元した侵
水洗いした。さらに乾燥後５００”ｃで０．５時間焼成
されて微粒子捕集浄化フィルタの導入通路および排出通
路の容積を含むみかけの体積１リツトルあたり１９のパ
ラジウム触媒が担持された。

上記微粒子捕集浄化フィルタは閉塞部の状態を目視観察
後２２００ｃｃの渦流室式ディーゼルエンジンの排気系
に取り付けられ、エンジン回転数２０００　ｒ　ｐｍ、
微粒子捕集浄化フィルタ入口の排気ガス温度２５０℃、
トルク４．５ｋｇ・ｍの負荷条件で３時間パティキュレ
ートの捕集が行なわれた。その後この微粒子捕集浄化フ
ィルタを第３図に示す再生実験装置に導入通路の開口し
ている端面が上流側となるように組みつ【ブ、上流側端
面加熱温度とその時のパティキュレートの燃焼率の関係
を調べ、７部％以上のパティキュレート燃焼率が得られ
る加熱温度を再生可能温度として第２表に示した。

導入通路を閉塞する第２閉塞部材のうちコージェライト
粉末および活性炭の配合量をそれぞれ６第２表 Ｏ・・・脱落無し Δ・・・わずかに脱落有り ×・・・脱落多し ３部：２２部、５０部：３５部、３５部：５０部および
２７部：５８部とすること以外は実施例５と同様の原料
を用い、同一のハニカム成形体を使用し、同様の第１閉
塞部材を用いて同様の方法で実施例６．実施例７、実施
例８および実施例９の微粒子捕集浄化フィルタをそれぞ
れ製造した。なお実施例７は前記実施例３の微粒子捕集
浄化フィルタに相当するものである。また導入通路を閉
塞する第２閉塞部材のうちコージェライト粉末および活
性炭の配合層をそれぞれ７２部：１３部、２２部＝６３
部および１９部−６６部とすること以外は実施例５と同
様の原料を用い、同一のハニカム成形体を使用し、同様
の第１閉塞部材を用いて同様の方法で比較例２、比較例
３および比較例４の微粒子捕集浄化フィルタを製造した
。そして従来との比較のために第１実施例で製造した従
来例１の微粒子捕集浄化フィルタを再度製造し、従来例
２とした。

上記実施例６〜９、比較例２〜４Ｉ３よび従来例２の微
粒子捕集浄化フィルタには実施例５と同様の原料を用い
、同一の方法によりそれぞれγ−アルミナ担持層が形成
され、さらに実施例５と同量のパラジウム触媒が担持さ
れた。そして実施例５と同様の方法で閉塞部の状態が観
察され、同様にパティキュレートを捕集させた後それぞ
れの再生可能温度が測定された。なお各、微粒子捕集浄
化フィルタに捕集されたパティキュレートは微粒子捕集
浄化フィルタ１個あたり０．４〜０．５ｇであった。

各微粒子捕集浄化フィルタの導入通路を閉塞する第２閉
塞部材のうちコージェライト粉末および活性炭の配合さ
れた体積比と測定結果をまとめて第２表に示す。

第２表により活性炭がコージェライト粉末１に対し体積
比で３倍より多く含まれる比較例３．４の場合にはコー
ジェライト粉末間の結合度が弱くなって焼成時に閉塞部
が脱落する不具合が発生する。また活性炭がコージェラ
イト粉末１に対し体積比で１／′３より少ない比較例２
の場合にはｒｊＩ塞部の状態は良好であるが燃焼伝播性
の改良はできず再生可能温度は従来例２と比べてほとん
ど低下していない。一方実施例５〜９の微粒子捕集浄化
フィルタは閉塞部の脱落は実施例９でわずかに認められ
るのみであって再生可能温度が３７５〜４５０℃と極め
て良好であり、活性炭がコージェライト粉末と同型以上
含有された比較例７〜９では３７５℃と特に良好である
。これは活性炭の効果であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のハニカムフィルタを示し、
第１図はその側面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視断面
図である。第３図は実施例で再生可能温度を測定するの
に用いた実験装置の概略断面図である。 １・・・排出通路　　　　２・・・導入通路３．４・・
・閉塞部　　　５・・・隔壁特許出願人　　　トヨタ自
動車株式会社代理人　　　　弁理士　大川　宏 同　　　　　弁理士　藤谷　瞭 同　　　　　弁理士　丸山明夫 第１図 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス粉末を主体とする成形原料から軸方
   向に平行な多数の通路を有するハニカム状の成形体を得
   る成形工程と、 セラミック粉末を主体とする閉塞部材により、該通路の
   一部の該成形体の後端を閉塞し先端は開口とした導入通
   路、および該導入通路に隣接する他の通路の該先端を閉
   塞し該後端を開口とした排出通路を形成する閉塞工程と
   、 該成形体および該閉塞部材を焼結する焼成工程と、 から成る微粒子捕集浄化フィルタの製造方法において、 少なくとも該導入通路を閉塞する該閉塞部材には平均粒
   径５０〜７００μｍの可燃性物質がセラミック粉末１に
   対し体積比で１／３〜３倍の範囲となるように含まれて
   いることを特徴とする微粒子捕集浄化フィルタの製造方
   法。
2. （２）閉塞部材を主として構成するセラミック粉末の粒
   径は１０〜３００μｍのものが用いられる特許請求の範
   囲第１項記載の微粒子捕集浄化フィルタの製造方法。
3. （３）可燃性物質はカーボン粉末である特許請求の範囲
   第１項記載の微粒子捕集浄化フィルタの製造方法。