JPS61424A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばディーセルエンジンからυ１出される
カーボン微粒子（ディーゼルパティキュレート）捕集用
セラミックフィルタに関するものである。

〔従来技術〕

この種のフィルタに要求されるもつとも基本的な特性は
、効率良くパティキュレートを捕集すること、排気ガス
の流通抵抗の増加を最小限にすることの二つである。こ
の高捕集効率、低圧力損失を実現するために、従来フオ
ームタイプ、ハニカムタイプのフィルタが提案されてい
るが、フオームタイプでは低捕集効率、低圧力損失、ハ
ニカムタイプでは高捕集効率、高圧力損失といずれの場
合も高い次元で二つの特性を両立させることは困難であ
った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は高捕集効率、低圧力損失を実現したセラミック
フィルタを提供しようとするものである。

〔問題を解決するための手段〕

本発明はハニカムタイプのフィルタにおいて、人口側通
路と、出口側空路と、その間に位置した隔壁とで構成さ
れる一単位中で壁の厚い部分と薄い部分とを同時に存在
させるとともに、その中央部を薄く周囲部を厚くしたも
のである。

〔実施例〕

第１図において、本発明のフィルタを用いた微粒子捕集
装置について説明する。この装置は内燃機関特にディー
ゼル機関１の排気集合管２に接続され、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４とこのフィルタ４の排気ガス人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４に
捕集された微粒子を燃焼させてフィルタ４を再生するも
きで、バッテリ６による通電が制御回路７により制御さ
れる。制御は、フィルタ４の圧力損失、燃料消費量、走
行距離などを測定する各種センサからの人力信号により
行われる。機関ｌからの排（ヵヵ１．．．よい、３３１
いい。４．６゜い６、フィルタ４を通過して流出口３ｂ
により流出する。

排気ガスがフィルタ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４に捕集され除去される。

フィルタ４は、第２図（８１，（ｂｌに示ず如く、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に隔置された多数の通路１３を有し、全体
として筒状のハニカム構造をもち、その両端に開口する
通路１３の一部を閉塞することにより通路内に流入した
排気ガスが前記三次元網目状骨格の空間１４を経て隣接
する他の通路１５へ流出するような構造となっている。

そして、第３図に示すようにフィルタ部材４の＋ｆ１１
％面の構造は、隔壁１２の間に入口側、出口側の通路Ｌ
３．１５が交互に配置されたものである。

第３図の（Ａ）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）、（Ｄ＞の例
に示すように、本発明は入口側通路１３と出口側通路」
５との断面形状の組み合わせを例えば丸型と丸型、丸型
と角型なととすることにより、入口＋１．ｌＩ通路１３
と、出口側通路１５と、その間の隔壁１２とにより構成
される一単位中に壁の厚い部分と薄い部分を同時に存在
さセ″る。そして、特に中央部を薄く、周囲部を厚くす
ることを特徴とするものζある。

一次元１ｆｆｉｌ　ＩＩＩ状・１１格の多孔質セラミッ
クス１１により隔壁１２か構成され全体としてハニカム
構造をもつフィルタは、人口側通路１３より流入した排
気ガス中のカーボン微粒子を隔壁１２を構成するセラミ
ックス骨格表面に衝突さ−Ｕ、この衝突によりセラミッ
クス性格表面にカーボン微粒子を付着、堆積させるとい
った衝突捕集のメカニズムにより基本的には捕集機能を
果している。しかし、ｈ時間捕集を行なうとカーボン微
粒子の付着により多孔質セラミック体１１の三次元網目
状骨格の空間１４が徐々に占められ、最終的には空間１
４は消滅し、カーボン微粒子の緻密な層に置き換わり、
この時点でこの構造体の捕集メカニズムが衝突捕集から
通路１３の表面にて捕集を行なう濾過捕集へ移動するこ
とが実験の結果明らかになった。

この場合の捕集効率、圧力損失特性は、第４図。

第５図に示すような変化をする。ずなわち、カーボン微
粒子捕集初期においては、捕集効率が低く、圧力損失が
低いｉｈ突捕集の様相を呈するが、ある時期より圧力損
失が急激に上昇を開始し、高圧力損失、高捕集効率の濾
過捕集の状態となる。

三次元網目状骨格の多孔セラミック体より成る壁をハニ
カム状に折り込んだ当構造では、カーボン微粒子の進入
ｊ−る入口側通路１３の表面積は、米国特許第４，３２
９，１６２号明細書に開示されている様なハニカムフィ
ルタに比較して非富に小さく、隔壁の表面を利用して捕
集を行なう濾過捕集のメカニズムを用いて捕集を行えは
、急激な圧力損失の上昇を招き、フィルタとしても使用
に耐えるものではない。特に内燃機関の排出するカーボ
ン微粒子の捕集用担体として用いられる場合には、フィ
ルタの圧力損失の上昇が内燃機関の直接的な負荷の増大
となるためなおさら圧力損失あ上昇は最小限に留めなけ
ればならない。

そこで、フィルタによりカーボン微粒子の捕集を開始し
てから付着したカーボン微粒子を燃焼、フィルタを再生
するまでの間、捕集形態が衝突捕集単独により進められ
る様な構造にする必要があり、本発明はこれを実現する
ためのものである。

従来三次元網目状骨格の多孔セラミック体の隔壁より成
るハニカムフオームなる構造体は、人口側通路１３より
流入したガスを均等に出口側通路１５に導くために、隔
壁１２の厚さは一定であり、これを実現するために入口
側通路１３と出口側通路１５との断面形状は正方形、長
方形、ひし形といったものであり、それらの組み合わせ
により成り立っていた。

この構造により、入口側通路１３より入り込んだガスは
セラミックの隔壁１２を通過して出口側通路１５に流れ
出るが、この際人口側通路１３の壁面にかかるガス圧は
壁面に垂直であり、流入したカスは壁面に垂直に流れる
。そして隔壁１２が三次元細目状構造をしζい−ζカス
の拡散か生しるとしても流入したガスは均等な圧力にて
隔壁に押し込まれほぼ隔壁中を等距離だ＆Ｊ移動し−で
出口側１　　　　　　　　通路１５より排出される。

そして人口側通路１３から出口側通路１５へ流れ出るガ
ス通過領域を調べてみると、隔壁１２のうち入口側通路
１３と出口側通路１５とに挟まれない部分すなわち、格
子状に配置された隔壁１２の交差するいわゆる格子点部
分ではほとんどガスが通過しておらず、カーボン微粒子
の捕集機能を果していないことが確認された。この領域
は、一般に捕集を目的として、その機能が期待される隔
壁厚さが３〜５鶴で構成される構造体ではセラミック堆
積の３０％弱に達することが判った。

本発明は、人口側通路１３．出口側通路１５の断面形状
を変更することにより、入口側通路１３と出口側通路１
５とに挟まれた隔壁１２の厚さを一定とせず、中央部を
薄く周囲部厚くした構成とすることにより、隔壁１２内
でのガスの拡散性を良好にして捕集に利用される部分を
増加させることにある。すなわち、フィルタのカーボン
微粒子捕集有効面積を増加さ七ることを目的とするもの
である。

本発明の形状では、入口側通路１３に入り込んだカスは
、カスの圧力か壁面にほぼ垂直にかかるため、壁内に拡
散され、出口側通路１５に到達するためには、直線的で
しかも比較的短い距離を移動して到達することはできず
、セラミック骨格と何度となく衝突を繰り返しなから長
い行程を経て出口側通路１５に至る。

このため、隔壁１２内のガス通過領域は大きく拡大され
、隔壁内全域に渡ってカーボン微粒子が捕集されている
ことが確認された。

例えば、入口側通路１３と出口側通路１５との最短距離
が３〜５邦で入口側通路１３、出口側通路１５が直径５
〜３顛の丸穴で構成されたものでは、隔壁内の捕集に関
与しない部分はわずか５％弱と大幅に減少される。

従来品と本発明の改良品との圧力損失並びに捕集効率と
いった捕集特性の違いを第４図、第５図に示す。

圧ノ月０失については、改良品では拡散により隔壁内の
カスの移動距離の増加、セラミック骨格との（＃１突回
数の増加により初期圧力損失は上昇の傾向にあるか、カ
ーボン微粒子捕集有効堆積の増加によりカーボン微粒子
が隔壁内に広く均等に捕集されて目詰りを生しにくいこ
とから、入口側通路１３に面した隔壁の表面でカーボン
微粒子の捕集を濾過捕集の形態に移行しないため圧力損
失の上昇は直線的で緩やかなものとなる。

また、捕集効率についても、圧力損失と同様隔壁内のガ
ス移動距離の増加、セラミック骨格との衝突回数の増加
により、従来品のｆｔｉ突捕集領域の捕集効率に比較し
て高いものとなり、その値もほぼ一定となる。

次に、上記構造のフィルタの具体的な製造方法を次に示
す。

第６図は本発明に使用される成形型容器部を図示したも
のであり第６図（ａ）は平面図、第５図（ｂ）は軸断面
図である。成形型容器部２０は基盤状に区画した１つ置
きの区画においてその区画面積よりも小さな円形断面を
有する。円柱状部材２１を垂直に固着した端面２２と側
壁２３とからなり、他の端面は開口されている。一方、
第７図は、本発明に使用される成形型蓋部を図示したも
のであり、第７図（ａ）は平面図、第７図（ｂ）は軸断
面図である。成形型蓋部６０は、前記の成形型容器部２
０と同様に柱状部材６１を垂直に固着した平板蓋６２か
らなる。柱状部＋Ａ６１の取イ」位置は、成形型容器部
２０において柱状部＋Ａ６１か取イ」けられてない格子
状区画に数句りる。また成形型蓋部６０の平板には各区
画に連通穴６３が設けられ、平板の側周には連通孔６４
かもうけられている。そして成形型容器部２０と成形型
蓋部６０とを組め合わせて成形型を作成する。

第８図は組み合わされた成形型の軸断面を示したもので
ある。成形型の内部は製造されるべきハニカム型多孔質
セラミックと同一形状のキヤビテイ７０が形成される。

成形型蓋部６０と成形型容器部２０とは所定の組み合わ
せがなされるべく成形型蓋部６０の側集に設けた連通孔
６４を通してビス８０によって取りはずし自在に固着さ
れる。

予め離形剤か内部に塗布された第７図に示す組み（６ゎ
あｈ？、：ツイヤ６ｏ１．ア。６ｏ□−７、□６３から
ウレタンフオーム原料液を注入する。このとき成形型内
部の空気は他の残りの連通孔６３ら排出され、ウレタン
フオームの注入を良くしている。

次に上記キャビティ７０でポリオール１００部とイソノ
アネート２５〜３５部を均一に混合攪拌して得られてウ
レタンフオーム原料液を発泡させて、１２０°Ｃで２０
〜６０分加熱し硬化させた。

その後に成形型容器部２０と成形型蓋部６０を取りばず
してハニカム構造のウレタンフオーム成形体を得る。

以上の手段によって作成したハニカム構造のウレタンフ
オーム成形体は三次元網目状をなす骨格間に細胞壁とよ
ばれる薄膜を有す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
れに火花点火し細胞壁を燃焼させて除去あるいは、水酸
化ナトリウムなどの強アルカリ溶液にウレタンフオーム
成形体を浸漬して、細胞壁を劣化させて除去した。次に
燃焼によりコージェライト組成となるＭｇＯ。

へρ２０コ、５ｉ０２を含む粉末１００部と水６０〜８
０部とポリビニルアルコール６〜１０部とを混合攪拌し
たセラミックスラリ−の中に前記成形体を浸清し、余分
なスラリーを遠心分離などの操作により除いた後、１０
０〜２００℃で加熱乾燥させ、この浸漬、乾燥を巻回繰
り返した。

次に、前述した、スラリー含浸のウレタンフオームを１
３００〜１４７０°Ｃの温度で２〜６時間焼成した。こ
れにより第３図に示したごとく、構造体の放射状方向に
切断した入口側通路１３と出口側通路１５の断面形状が
それぞれ各型と丸型ご、その間に存在する隔壁１２の壁
厚か、中央部て曹く周囲部で厚くな−っだ構成の三次元
網目状構造セラーツク伺格より成るハニカム構造の多孔
質セラミックフィルタを得た。

本発明は上述の実施例に限定されず、次のような種々の
変更か可能である。

（１）成形型蓋部６０に固着した柱状部材６１を成形型
容器部２０に固着した柱状部材２１と同様にあるいはか
わりに所望の形状にしても良い。

（２）柱状部材２１と６１の断面形状は実施例に限定さ
れることなく第３図あるいは、本発明の構造的特徴を有
したものであれば良い。

（３）キャビティ７０内にて成形される有機化合物はウ
レタンフオームに限らず、種々の発泡材料を用いること
ができる。

（４）フィルタ部＋Ａ４の利質もコーディエライトに限
らず、種々のセラミソクセ４料を用いることができる。

（５）母材となるウレタンフオームとして自由空間にて
発泡させたバルク状発泡体を用いて、この発泡体に線状
ヒータ、シース型柱状発熱体、レーザ光なとの熱的な作
用を加えて、所望の外観形状、入口側、出口側通路の成
形を行ない実施例１と同一構造のウレタンを得てもよい
。

（６）バルク状の三次元細目状構造セラミック体の各端
面より例えばダイヤモンド粉末で表面を被覆したトリル
など硬度の高いものを内部に向けて進行させ、物理的な
力により所望の入日側、出口側通路を形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明においては、高捕集効率、低圧力損
失のフィルタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明フィルタを用いた用途例を示す断面図、
第２図（ａｌは本発明フィルタを示す部分破断面斜視図
、第２図（ｂｌは第２図（ａｌの隔壁の斜視図、第３図
（Ａ）、　　（Ｂ）、（Ｃ）、　　（Ｄ）は入口側通路
と出口側通路との形状組み合わせ例を示す断面図、第４
図および第５図は本発明の作用説明に供する特性図、第
６図ｉａ）、　ｌｂ）および第７図ｔａ）、　（ｂ）は
本発明のフィルタの製造説明に供する成形型の平面図お
よび断面図、第８図は第６図および第７図の成形型を組
み合わせた状態を示す断面図である。 １２・・隔壁、１３・・・人口側通路、１５・・・出口
側通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　通気性を有する多孔質セラミックよりなる多数の隔
   壁に隔置された多数の通路を有し、全体として筒状のハ
   ニカム構造をもち、その両端に開口する通路の一部を閉
   塞することにより通路内に流入した排気ガスが前記隔壁
   を経て隣接する他の通路へ流出する構造のセラミックフ
   ィルタにおいて、 前記通路のうち入口側通路と、出口側通路と、その間の
   隔壁とで構成される一単位中に壁の厚い部分と薄い部分
   を同時に存在させるとともに、その壁中央部を薄く、周
   囲部を厚くすることを特徴とするセラミックフィルタ。 ２　前記隔壁は三次元網目状構造を有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のセラミックフィ
   ルタ。