JPS6133209A - 多孔質セラミツク構造体 - 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、多孔質セラミック構造体に関するもので、主
として内ｘｉ関の排気ガス中に浮遊する微粒子を捕集す
る為に使用する多孔Ｔ１セラミック構造体に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来技術としては例えば米国特許第４３２９１６２号が
ある。

ディーゼルエンジンから排出される微粒子を捕集する場
合、三次元網目状の骨格構造をもつセラミックフオーム
や、ハニカム構造をもった多孔質セラミックス等が適し
ていることが知られている。

特に、セラミック構造体の両端面より、貫通しない穴を
互いに干渉しないように多数設置プたハニカム構造のセ
ラミックフオームは、通気抵抗が小さく、微粒子の捕集
効率が高い多孔質セラミック構造体のひとつである。

ところで、一般に、内燃機関用微粒子捕集装置は第１０
図のように構成されている。すなわち本第１０図の如く
、微粒子捕集装置Ａはディーゼル機関１の排気集合管２
に接続され、該排気集合管２に連通ずる排気ガス流入口
３ａ及び同流出口３ｂを持った金属容器３を具備し、そ
の内部に微粒子捕集用のフィルタ部材４とこのフィルタ
部材４の排気ガス入口側端面に結合した電気ヒータ５と
を有する。電気ヒータ５はフィルタ部材４によって捕集
された微粒子を燃焼させてフィルタ部材４を再生するも
ので、バッテリ６による通電は制御回路７により制御さ
れる。制御は、フィルタ部材４の圧力損失、燃料消費ｍ
、走行距離などを測定する各種センサからの入力信号に
より行なわれる。

機関１からの排気ガスは流入口３ａから捕集装置Ａの容
器３内に流入し、フィルタ部材４を通過して流出口３ｂ
から流出する。排気ガスがフィルタ部材４を通過する際
、同排気ガス中のカーボン微粒子はフィルタ部材４によ
って捕集され除去される。

フィルタ部材４としては例えば第１１図に示すような構
成となっている。すなわち、三次元網目状骨格をもつ多
孔質セラミックス１１よりなる多数の隔壁１２によって
隔離された多数の中空孔１３を有し、外形構造として筒
状のハニカム構造となっている。尚、隔壁１２の孔の大
きさは１００μｒＡ〜５．０ＩＩＩの範囲である。

フィルタ部材４は、第１１図の矢印の如くに入口側通路
から流入する排気ガス中のカーボン微粒子を、隔壁１２
を構成するセラ・ミジク骨格に衝突させ、この衝突によ
りセラミック骨格表面にカーボン微粒子を付着、堆積さ
せるといった、基本的には衝突捕集のメカニズムにより
捕集線面を果している。ここにおいて、フィルタ部材４
内のすべての隔壁１２において均一にカーボン微粒子が
付着堆積することは、ある一定容積で効率良く捕集し、
圧力損失の上界を最小限に留める上で重要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、上記従来のいわゆるハニカムフオーム型のセ
ラミック構造体は、断面積が一定な中空孔を互いに平行
に配列した構造をとっていたため、第１２図に示Ｔよう
に微粒子の多くが中空孔の入口近傍及び出口近傍で捕集
されやすく、均一な捕集が行なわれないために捕集効率
が悪いという欠点があった。（尚、第１２図中の付着率
とは、セラミックス１００（＋中に捕集される微粒子供
をいう） 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記従来の欠点を解消せんとするもので、軸
方向に穿設された一群の入口穴と、該軸方向に隔壁をへ
だてて前記一群の入口穴と隣接する一群の出口穴とを有
し、前記入口穴は前端が間口で後端が封止され、前記出
口穴は前端が封止で後端が開口されている多孔質セラミ
ック構造体に１１５いて、 前記入口穴はその断面積が封止端に向かうに従い徐々に
減少し、出口穴はその断面積が開口端に向かうに従い徐
々に増大づ゛る構造−である。

ここにおいて、一群の入口穴はその断面積が、入口端か
ら封止端に向かうに従い徐々に減少し、また一群の出口
穴はその断面積が開口端に向かうに従い徐々に増−大す
るように形成しである。これは、入口端から流入するガ
ス流体が隔壁を介して出口穴に流出し封止端に進むに従
いガスｍが減少するので、この減少量に対応して断面積
を徐々に減少せしめ、流速をできるたり一定に保ちつつ
隔壁全体から一様にガスが流出するようにぜんがためで
ある。また上記のように断面積を徐々に減少させれば、
該傾斜した隔壁にガスが衝突しやすい。

入口穴と出口穴とを隔離する隔壁の厚さは一定にするの
が好ましい。このように隔壁の厚さを一定にすることに
より、入口穴の入口端から出口穴の出口端までのガス流
通抵抗が均一化できる。このため入口穴の全長に渡って
、微粒子捕集が均一化されもって捕集効率が高くなる。

入口穴の断面形状は例えば円又は正方形とし、入口端か
ら封止端に向かうに従い次第に断面積が減少する構造と
するのがよい。ただし、断面形状が入口端から封止端ま
で常に円又は正方形である必要はなく、例えば入口端が
へ角形で途中から封止端までは四角形であるような形状
としてもよい。

尚、フィルタ部材の材質としてはコーディエライトが好
ましいが、これに限られるものではなく、例えばＳｉ　
Ｃ，Ｓｉ　３Ｎ４．Ａｔ　ｔｏＪ系、β−スポジューメ
ン系等の種々のセラミック材料でもよい。

以下、本発明をさらに具体的に説明すべく、各種実施例
について詳説する。

・　〔第１実施例〕 第１図は本発明に係る多孔質セラミック構造体の実施例
を示すもので、第１１図のフィルタ部材４と同様なフィ
ルタ部材４１として形成された場合を示してあり、例え
ばコージェライトの如き多孔質セラミックスでつくられ
ている。第１図（ａ　）は縦断面図、第１図（ｂ）は左
側面図の左半分を示す。

本第１図の如く入口側に開口端を有する一群の入口穴２
２と出口側に間口端を有する一群の出口穴２３とが、互
いに隔ｆｆ１２４によって分離された状態で形成されて
いる。入口穴２２の出口側、及び出口穴２３の入口側は
封止壁２２ａ、２３ａによってそれぞれ封止されている
。

内封止壁２２ａと２３ａとは前記隔壁２４によって連結
されているわけであるが、該隔壁２４は、入口穴２２及
び出口穴２３の断面積が徐々に変化するように形成しで
あるためすべて傾斜した状態となっている。この傾斜の
方向は、入口穴２２は排気ガスの流れる方向に向かって
先細となるように、また出口穴２３は前記方向と反対の
方向に向かって先細となるように形成されている。隔壁
２４の厚さは一定である。

該フィルタ部材４１自体が多孔質セラミックスで形成し
であるため、矢印方向から入口穴２２に流入する排気ガ
スは、細かな三次元網目構造となっている隔壁２４を通
過してとなりの出口穴２３に至り、矢印方向に流出づ゛
る。前記隔壁２４を通過するときにガス中の微粒子が捕
集されるものであるが、前記のように隔壁２４が斜状に
なっているため、ストレートのものに比べ壁全体にガス
が衝突することになり捕集され易い。また、入口穴２２
の［１面積は徐々に減少し、出口穴２３の断面積は徐々
に増大する＃Ｉ造にしであるため、流速も一定に保たれ
全隔壁で均一に捕集される。

ここで、フィルタ部材４１の製造方法について説明する
。一般に、三次元網目状構造の隔壁を有するハニカム構
造のセラミックフィルタを得るには、同様な三次元網目
状構造を有するポリウレタンフォームなどの有機化合物
を骨材として使用し、該骨材の表面にセラミック材料を
固着してこれを焼成すると、母材たる前記有機化合物が
燃焼飛散し、周囲のセラミック材が焼結し母材と同様な
構造となることを利用する。このため、母材となる有機
化合物を成形する際に、所望の構造のものを得れば、セ
ラミックフィルタとして希望の構造のものが１ｑられる
。

以下、具体的な製造方法を次に述べる。

第２図は成形型容器部２５を示し、同図（ａ　＞は平面
図、同図（ｂ）はＸ−Ｘ線矢視断面図である。該成形型
容器部２５は、端面２６と、該端面２６上に植設された
複数個の柱状部２７と、端面２６の外周部に植設されて
柱状部２７を取巻く円管状側壁部２８とから成っている
。柱状部２７は断面形状が正方形で、端面２６から離れ
るに従い連枝的に断面積が減少する先細状となっている
。

端面２６の反対側は開口状態となっている。

第３図は上記成形型容器部２５にＭ着するための成形型
蓋部３０を示し、同図（ａ　）は平面図、同図（ｂ）は
Ｙ−Ｙ線矢視断面図である。該成形型蓋部３０は、端面
蓋部３１と、該蓋部３１上に植設された複数個の柱状部
３２とから成っている。

端面蓋部３１には、柱状部３２と干渉しない位置に與通
孔３１ａが穿設されている。柱状部３２は、侵述のよう
に成形型Ｍ部３０を容器部２５に？Ｉｊ！ｔｒたときに
、容器部２５の柱状部２７に干渉しないように考慮して
設けられている。また端面蓋部３１の外周４等分箇所に
は、容器部２５に蓋部３０を固定するための組付用孔３
１ｂが穿設されている。

第４図は、成形型容器部２５に成形型蓋部３０を組付け
てビス３３により固定し成形型Ｂとした状態を示してい
る。容器部２５と蓋部３０との間には空間（キャビティ
）３４が生じ、この空間３４に、孔３１ａからウレタン
フオーム原料混合液を注入する。該混合液は空間３４内
で発泡するので、発泡後１２０℃で２０〜６０分間加熱
して硬化させる。硬化後に、容器部２５と蓋部３０とを
分離させればハニカム構造のウレタンフオーム成形体を
得る。

このようにして得たウレタンフオーム成形体は　。

三次元網目状をなす骨格間にセル膜とよばれる薄膜を付
ずるのでこのウレタンフオーム成形体を容器中に設置し
可燃性ガスと空気又は酸素を導入してこれに火花点火し
セル膜を燃焼させて除去する。

次に、コージェライトを主成分とする粉末と水とポリビ
ニルアルコールとを混合撹拌したセラミックスラリ−の
中に前記ウレタンフオーム成形体を浸漬し、該成形体の
骨格表面にセラミックスラリ−を付着させる。そして余
分なスラリーを遠心分離などの手段で取り除いた後、１
００〜１２０℃で加熱乾燥させ、この浸漬、乾燥を複数
回繰返す。

最後に上記スラリー含浸のウレタンフオーム成形体を１
３００〜１４７０℃の温度で２〜６時間焼成する。この
焼成により有機化合物のウレタンフオーム成分が燃焼散
逸され、かつセラミックスラリ−が焼き上げられる。

このような方法により、第１図に示すようなテーバ状（
先細状）の入口穴、出口穴を具備し、三次元網目状骨格
より成るハニカム構造の多孔質セラミックフィルタ４１
が得られる。

（第２実施例） 第５図は第２実施例を示すもので、当該フィルタ部材４
２は、ムロ穴５２．出口穴５３の断面形状が開口端付近
で入角形となりている。

！＃遣方法に関しては第１実施例における成形型の柱状
部の形状が異なる以外は全く同様の方法により製造する
ことができる。

〔第３実施例〕 第６図は本発明の第３実施例を示すもので、当該フィル
タ部材４３には入口穴６２及び出口穴６３が形成され、
これらの穴６２．６３は同心円の円周上に配置された構
造となっている。出口穴６３は出口側端面に対して垂直
に開口しているが、入口穴６２は同一円周上をうず状に
まきながら断面積が次第に減少するように栴成しである
。このため、微粒子の衝突の効果はより大きくなる。

当該フィルタ部材４３を製造するに際しては実施例１の
場合とほぼ同様であるが、有線化合物の母材は、当該フ
ィルタ部材４３の中心軸を中心に螺旋状に伸びた柱を有
する成形型を用いて成形し、前記中心軸を中心に成形型
を回転させることで容易に脱型できる形状となっている
。

〔第４実施例〕 第７図は本発明の第４実施例を示し、当該フィルタ部材
４４には入口穴７２及び出口穴７３が形成されている。

本実施例は、人口穴７２及び出口穴７３のそれぞれの入
口端、出口端の断面形状が正六角形であるが、途中から
正三角形に変形する例を示している。

（第５実施例） 第８図は第５実施例を示し、当該フィルタ部材４５には
人口穴８２及び出口穴８３が形成され、両穴８２，８３
ともに円錐形に形成されている。

フィルタ部材４５を製造するに際しては、第１実施例の
柱状部２７．３２を円錐形にするのみでよく、他は第１
実施例と同様である。

本１０５実施例に、１５Ｇプるカーボン付着Ｍの分イ［
を、入口側から出口側への各距離につき調べたところ第
９図の如き結果を得た。これより入口から出口　　　′
に渡って均一に捕集されていることがわかる。

また上述した各実施例品につき、３時間平均捕集効率η
とカーボン付１トを調べたところ別表の如き結果を得た
。ここにおいて従来品とは、フィルタ部材の中心軸に対
して入口穴及び出口穴が傾斜しておらず、また断面積も
変化していないストレートタイプのものをいう。また捕
集効率とは、フィルタ部材に入る前にサンプリングした
微粒子量をＭとし、フィルタ部材を通過した後にサンプ
リングした微粒子をＮとした場合の（（Ｍ−Ｎ）／Ｍ）
Ｘ１００の値をいう。そして３時間平均捕集効率とは、
３時間の間に、２０分毎に計測した上記捕集効率の平均
値をいう。

表 〔発明の効果〕 このように本発明は、入口穴の断面積が封止端に向かう
に従い徐々に減少し、出口穴の断面積が開口端に向かう
に従い徐々に増大１′る（６造にしたため、該隔壁の全
長に渡って均一にカーポジ微粒子を捕集することができ
、これゆえに捕ｍ効率をより一層向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すもので第１図（ａ　
）はフィルタ部材４１の縦断面図、第１図（ｂ）は第１
図（ａ）の左側面図、第２図〜Ｍ４図は第１図のフィル
タ部材４１の製造方法を示すもので第２図（ａ　）は成
形型容器部２５の平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）
のＸ−Ｘ線矢視断面図、第３図（ａ）は成形型蓋部３０
の平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ　）のＹ−’ｌ！
断面図、第４図は第２図の成形型容器部２５と第３図の
成形型蓋部３０とを組合せた状態を示す縦断面図、第５
図は本発明の第２実施例を示すもので第５図（ａ　）は
フィルタ部材４２の縦断面図、第５図（ｂ）は第５図（
ａ　）の左側面図、第６図は本発明の第３実施例を示す
もので第６図＜ａ　＞はフィルタ部材４３のｍ断面図、
第６図（ｂ）は第６図（ａ　）の左側面図、第６図（Ｃ
）は第６図＜ａ　）の右側面図、第７図は第４実施例を
示すもので第７図（ａ　）はフィルタ部材４４の縦断面
図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）の左側面図、第７図（
Ｃ）は第７図（ａ　）の右側面図、第８図は本発明の第
５実施例を示すもので第８図（ａ　）はフィルタ部材４
５の縦断面図、第８図（ｂ）は第８図（ａ　）の左側面
図、第９図は測定結果を示すグラフ図、第１０図は従来
の微粒子捕集状況を示す全体図、第１１図は第１０図の
フィルタ部材４を示す斜視図、第１２因は従来のフィル
タ部材４の付着率を示すグラフ図である。 ４１．４２．４３，４４．４５・・・フィルタ部材２２
．５２，６２．７２．８２・・・入口穴２３．５３，６
３，７３．８３・・・出口穴第２図 （ａ） 第３図 第８図 入口■す〃らの距離（ｃｍ） 第１０図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸線方向に穿設された一群の入口穴と、該軸線方
   向に隔壁をへだてて前記一群の入口穴と隣接する一群の
   出口穴とを有し、前記入口穴は前端が開口で後端が封止
   され、前記出口穴は前端が封止で後端が開口されている
   多孔質セラミック構造体において、 前記入口穴はその断面積が封止端に向かうに従い徐々に
   減少し、出口穴はその断面積が開口端に向かうに従い徐
   々に増大する構造である多孔質セラミック構造体。
2. （２）入口穴と出口穴とを隔離する隔壁の厚さが一定で
   ある特許請求の範囲第１項記載の多孔質セラミック構造
   体。
3. （３）入口穴及び出口穴の断面形状が円形又は正方形で
   ある特許請求の範囲第１項記載の多孔質セラミック構造
   体。
4. （４）入口穴及び出口穴の開口端の断面形状が六角形で
   、軸方向の途中から三角形の断面形状となる特許請求の
   範囲第１項記載の多孔質セラミック構造体。
5. （５）入口穴及び出口穴が軸線方向に伸びるとともに円
   周方向に曲がってうず状に形成されている特許請求の範
   囲第１項記載の多孔質セラミック構造体。