JP2002357114A - 排ガス浄化フィルタ及びその製造方法 - Google Patents
排ガス浄化フィルタ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フィルタの破損及び溶損を防止でき，かつ優
れたパティキュレート除去能力を有する排ガス浄化フィ
ルタ及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 内燃機関から排出されるパティキュレー
トを含む排ガスを導入する導入通路２と，パティキュレ
ートを捕集する多孔質隔壁５と，パティキュレートが除
去された後の排ガスを排出する排出通路３とを有し，多
孔質隔壁にはパティキュレートを酸化除去するための触
媒を担持してなるハニカム状のセラミック製の排ガス浄
化フィルタ７であって，多孔質隔壁の気孔率は５５〜８
０％，その平均細孔径は３０〜５０μｍ，排ガス浄化フ
ィルタ全体の細孔容積をＸ，孔径１００μｍ以上の細孔
容積をＹとした場合，Ｙ／Ｘ≦０．０５である。
れたパティキュレート除去能力を有する排ガス浄化フィ
ルタ及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 内燃機関から排出されるパティキュレー
トを含む排ガスを導入する導入通路２と，パティキュレ
ートを捕集する多孔質隔壁５と，パティキュレートが除
去された後の排ガスを排出する排出通路３とを有し，多
孔質隔壁にはパティキュレートを酸化除去するための触
媒を担持してなるハニカム状のセラミック製の排ガス浄
化フィルタ７であって，多孔質隔壁の気孔率は５５〜８
０％，その平均細孔径は３０〜５０μｍ，排ガス浄化フ
ィルタ全体の細孔容積をＸ，孔径１００μｍ以上の細孔
容積をＹとした場合，Ｙ／Ｘ≦０．０５である。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は，内燃機関から排出されるカーボ
ン微粒子等のパティキュレートを捕集し，触媒反応によ
りパティキュレートを酸化除去するために用いられるセ
ラミック製の排ガス浄化フィルタ及びその製造方法に関
する。
ン微粒子等のパティキュレートを捕集し，触媒反応によ
りパティキュレートを酸化除去するために用いられるセ
ラミック製の排ガス浄化フィルタ及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来技術】ディーゼル機関から排出されるパティキュ
レートを捕集するために，セラミック製の排ガス浄化フ
ィルタが利用されている。従来，排ガス浄化フィルタで
一旦捕集されたパティキュレートは，所定位置に設置さ
れたヒータにより加熱し，燃焼除去する捕集燃焼方式が
考えられてきた。この捕集燃焼方式に用いられるフィル
タは，たとえば，特開平９−７７５７３号公報に示すご
とく，パティキュレートを確実に捕集するため，細孔径
を圧力損失の許される限り小さくし，フィルタ表面にパ
ティキュレートを堆積させることに着眼したものであ
る。
レートを捕集するために，セラミック製の排ガス浄化フ
ィルタが利用されている。従来，排ガス浄化フィルタで
一旦捕集されたパティキュレートは，所定位置に設置さ
れたヒータにより加熱し，燃焼除去する捕集燃焼方式が
考えられてきた。この捕集燃焼方式に用いられるフィル
タは，たとえば，特開平９−７７５７３号公報に示すご
とく，パティキュレートを確実に捕集するため，細孔径
を圧力損失の許される限り小さくし，フィルタ表面にパ
ティキュレートを堆積させることに着眼したものであ
る。
【０００３】
【解決しようとする課題】しかしながら，上記捕集燃焼
方式では，ヒータで堆積したパティキュレートを燃焼除
去する際の熱応力でフィルタが破損若しくは溶損しやす
く，実用には至っていない。
方式では，ヒータで堆積したパティキュレートを燃焼除
去する際の熱応力でフィルタが破損若しくは溶損しやす
く，実用には至っていない。
【０００４】本発明はかかる従来の問題点に鑑み，フィ
ルタの破損及び溶損を防止でき，かつ優れたパティキュ
レート除去能力を有する排ガス浄化フィルタ及びその製
造方法を提供しようとするものである。
ルタの破損及び溶損を防止でき，かつ優れたパティキュ
レート除去能力を有する排ガス浄化フィルタ及びその製
造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】第一の発明は，内燃機関から排出さ
れるパティキュレートを含む排ガスを導入する導入通路
と，上記パティキュレートを捕集する多孔質隔壁と，上
記パティキュレートが除去された後の排ガスを排出する
排出通路とを有し，上記多孔質隔壁には上記パティキュ
レートを酸化除去するための触媒を担持してなるハニカ
ム状のセラミック製の排ガス浄化フィルタであって，上
記多孔質隔壁の気孔率は５５〜８０％，その平均細孔径
は３０〜５０μｍであり，かつ上記排ガス浄化フィルタ
全体の細孔容積をＸ，孔径１００μｍ以上の細孔容積を
Ｙとした場合，Ｙ／Ｘ≦０．０５であることを特徴とす
る排ガス浄化フィルタである（請求項１）。
れるパティキュレートを含む排ガスを導入する導入通路
と，上記パティキュレートを捕集する多孔質隔壁と，上
記パティキュレートが除去された後の排ガスを排出する
排出通路とを有し，上記多孔質隔壁には上記パティキュ
レートを酸化除去するための触媒を担持してなるハニカ
ム状のセラミック製の排ガス浄化フィルタであって，上
記多孔質隔壁の気孔率は５５〜８０％，その平均細孔径
は３０〜５０μｍであり，かつ上記排ガス浄化フィルタ
全体の細孔容積をＸ，孔径１００μｍ以上の細孔容積を
Ｙとした場合，Ｙ／Ｘ≦０．０５であることを特徴とす
る排ガス浄化フィルタである（請求項１）。
【０００６】第一発明の排ガス浄化フィルタは，導入通
路と排出通路との間に多孔質隔壁を設け，そこには触媒
を担持させている。触媒は，たとえば，多孔質隔壁の表
面だけでなく，その内部の細孔壁面にも担持されてい
る。そのため，導入通路へ供給された排ガスを導出通路
へ向けて通過させると，その間に設けられた多孔質隔壁
の細孔壁面にパティキュレートが捕集される。捕集され
たパティキュレートは，担持された触媒により，効率的
に酸化されて除去される。これにより，排ガスが浄化さ
れる。
路と排出通路との間に多孔質隔壁を設け，そこには触媒
を担持させている。触媒は，たとえば，多孔質隔壁の表
面だけでなく，その内部の細孔壁面にも担持されてい
る。そのため，導入通路へ供給された排ガスを導出通路
へ向けて通過させると，その間に設けられた多孔質隔壁
の細孔壁面にパティキュレートが捕集される。捕集され
たパティキュレートは，担持された触媒により，効率的
に酸化されて除去される。これにより，排ガスが浄化さ
れる。
【０００７】ここで，多孔質隔壁の気孔率及び平均細孔
径は上記の範囲にあることから，この気孔の量及び径は
比較的大きい。このため，多孔質隔壁の内部の細孔まで
パティキュレートを侵入させることができる。また，そ
のため，触媒反応面積も大きい。このため，多孔質隔壁
に担持された触媒は，パティキュレートを高効率で酸化
させ，これを除去する。即ち，パティキュレートと排ガ
ス中の酸素との反応を効率よく促進させる。したがっ
て，優れたパティキュレート除去能力を発揮できる。ま
た，気孔率及び平均細孔径が上記の範囲にあるので，フ
ィルタの破損及び溶損も抑制できる。
径は上記の範囲にあることから，この気孔の量及び径は
比較的大きい。このため，多孔質隔壁の内部の細孔まで
パティキュレートを侵入させることができる。また，そ
のため，触媒反応面積も大きい。このため，多孔質隔壁
に担持された触媒は，パティキュレートを高効率で酸化
させ，これを除去する。即ち，パティキュレートと排ガ
ス中の酸素との反応を効率よく促進させる。したがっ
て，優れたパティキュレート除去能力を発揮できる。ま
た，気孔率及び平均細孔径が上記の範囲にあるので，フ
ィルタの破損及び溶損も抑制できる。
【０００８】また，排ガス浄化フィルタ全体の細孔容積
Ｘと，孔径１００μｍ以上の細孔容積Ｙとの間に，上記
の関係が成立するため，優れたパティキュレート除去能
力を得る。
Ｘと，孔径１００μｍ以上の細孔容積Ｙとの間に，上記
の関係が成立するため，優れたパティキュレート除去能
力を得る。
【０００９】第二の発明は，内燃機関から排出されるパ
ティキュレートを含む排ガスを導入する導入通路と，上
記パティキュレートを捕集する多孔質隔壁と，上記パテ
ィキュレートが除去された後の排ガスを排出する排出通
路とを有し，上記多孔質隔壁には上記パティキュレート
を酸化除去するための触媒を担持してなり，上記多孔質
隔壁の気孔率は５５〜８０％，その平均細孔径は３０〜
５０μｍであり，かつ上記排ガス浄化フィルタ全体の細
孔容積をＸ，孔径１００μｍ以上の細孔容積をＹとした
場合，Ｙ／Ｘ≦０．０５であるハニカム状のセラミック
製の排ガス浄化フィルタを製造する方法において，上記
排ガス浄化フィルタは，セラミック粉末と発泡材との混
合物をハニカム状に成形し，加熱焼成し，該加熱時に上
記発泡材を膨張させることにより形成し，その後上記触
媒を担持することを特徴とする排ガス浄化フィルタの製
造方法である（請求項５）。
ティキュレートを含む排ガスを導入する導入通路と，上
記パティキュレートを捕集する多孔質隔壁と，上記パテ
ィキュレートが除去された後の排ガスを排出する排出通
路とを有し，上記多孔質隔壁には上記パティキュレート
を酸化除去するための触媒を担持してなり，上記多孔質
隔壁の気孔率は５５〜８０％，その平均細孔径は３０〜
５０μｍであり，かつ上記排ガス浄化フィルタ全体の細
孔容積をＸ，孔径１００μｍ以上の細孔容積をＹとした
場合，Ｙ／Ｘ≦０．０５であるハニカム状のセラミック
製の排ガス浄化フィルタを製造する方法において，上記
排ガス浄化フィルタは，セラミック粉末と発泡材との混
合物をハニカム状に成形し，加熱焼成し，該加熱時に上
記発泡材を膨張させることにより形成し，その後上記触
媒を担持することを特徴とする排ガス浄化フィルタの製
造方法である（請求項５）。
【００１０】第二発明によれば，乾燥時に発泡材が膨張
するため，上記気孔率及び上記平均細孔径を有する気孔
を形成することができる。平均細孔径が４０μｍ程度以
上の比較的大きな気孔を形成するには，従来セラミック
粉末を大きくする必要があったが，セラミック粉末を大
きくすると押出し成形によってハニカム状の排ガス浄化
フィルタを形成することが困難になる。第二発明によれ
ば，乾燥時に膨張する発泡材を用いているため，大きな
セラミック粉末を用いる必要はなく，上記平均細孔径を
持つハニカム状排ガス浄化フィルタを押出し成形で製造
することができる。したがって第二発明によれば，上記
のごとき優れた効果を発揮する上記第一発明の排ガス浄
化フィルタを製造することができる。
するため，上記気孔率及び上記平均細孔径を有する気孔
を形成することができる。平均細孔径が４０μｍ程度以
上の比較的大きな気孔を形成するには，従来セラミック
粉末を大きくする必要があったが，セラミック粉末を大
きくすると押出し成形によってハニカム状の排ガス浄化
フィルタを形成することが困難になる。第二発明によれ
ば，乾燥時に膨張する発泡材を用いているため，大きな
セラミック粉末を用いる必要はなく，上記平均細孔径を
持つハニカム状排ガス浄化フィルタを押出し成形で製造
することができる。したがって第二発明によれば，上記
のごとき優れた効果を発揮する上記第一発明の排ガス浄
化フィルタを製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】第一発明において，多孔質隔壁の
気孔率が５５％未満である場合には，多孔質隔壁表面に
パティキュレートが堆積し，圧力損失が高く実用上問題
がある。気孔率が８０％を超える場合には排ガス浄化フ
ィルタの強度が低下する場合がある。多孔質隔壁の平均
細孔径が３０μｍ未満の場合には，多孔質隔壁表面にパ
ティキュレートが堆積し，隔壁内部には殆んど侵入しな
くなる。平均細孔径が５０μｍを超える場合には，細孔
径が大きすぎて，パティキュレートが多孔質隔壁を通過
してしまい，捕集効率が劣る。
気孔率が５５％未満である場合には，多孔質隔壁表面に
パティキュレートが堆積し，圧力損失が高く実用上問題
がある。気孔率が８０％を超える場合には排ガス浄化フ
ィルタの強度が低下する場合がある。多孔質隔壁の平均
細孔径が３０μｍ未満の場合には，多孔質隔壁表面にパ
ティキュレートが堆積し，隔壁内部には殆んど侵入しな
くなる。平均細孔径が５０μｍを超える場合には，細孔
径が大きすぎて，パティキュレートが多孔質隔壁を通過
してしまい，捕集効率が劣る。
【００１２】また，第一発明において，排ガス浄化フィ
ルタ全体の細孔容積Ｘと，孔径１００μｍ以上の細孔容
積Ｙとの間にＹ／Ｘ≦０．０５という関係が成立する。
後述する図３に示すごとく，パティキュレートの径は大
体０．１〜２０μｍ程度であることから，孔径が１００
μｍ以上の細孔はパティキュレートがすり抜ける確率が
高くなる。従って，Ｙ／Ｘ＞０．０５となった場合，パ
ティキュレートの捕集効率が低下するおそれがある。な
お，すべての細孔の径が１００μｍ未満であることがよ
り好ましい。
ルタ全体の細孔容積Ｘと，孔径１００μｍ以上の細孔容
積Ｙとの間にＹ／Ｘ≦０．０５という関係が成立する。
後述する図３に示すごとく，パティキュレートの径は大
体０．１〜２０μｍ程度であることから，孔径が１００
μｍ以上の細孔はパティキュレートがすり抜ける確率が
高くなる。従って，Ｙ／Ｘ＞０．０５となった場合，パ
ティキュレートの捕集効率が低下するおそれがある。な
お，すべての細孔の径が１００μｍ未満であることがよ
り好ましい。
【００１３】上記触媒は，貴金属触媒であることが好ま
しい（請求項２）。白金等の貴金属触媒は，触媒反応能
力が高いからである。上記排ガス浄化フィルタは，コー
ジエライト，炭化珪素又はリン酸ジルコニウム粉末のい
ずれか１種以上の焼結体により形成されていることが好
ましい（請求項３）。これにより，上記気孔特性を有す
る排ガス浄化フィルタが得られる。
しい（請求項２）。白金等の貴金属触媒は，触媒反応能
力が高いからである。上記排ガス浄化フィルタは，コー
ジエライト，炭化珪素又はリン酸ジルコニウム粉末のい
ずれか１種以上の焼結体により形成されていることが好
ましい（請求項３）。これにより，上記気孔特性を有す
る排ガス浄化フィルタが得られる。
【００１４】上記多孔質隔壁における細孔壁には，アル
ミナが被覆され，その上に触媒が担持されていることが
好ましい（請求項４）。アルミナは，１００〜２００ｇ
／リットルの高表面積を有するものが多い。このため，
パティキュレートを酸化するための触媒反応面積が拡大
し，パティキュレートの酸化除去が促進される。なお，
排ガス浄化フィルタは，ハニカム構造体であり，その全
体形状は円柱形状か楕円形状などである。排ガス浄化フ
ィルタの多くは，各セルの一辺が０．８〜２．５ｍｍ，
多孔質隔壁の厚みが０．１〜０．６ｍｍであり，直径が
５０ｍｍ〜３００ｍｍ，長さが５０〜２００ｍｍである
が，この大きさに限定されない。
ミナが被覆され，その上に触媒が担持されていることが
好ましい（請求項４）。アルミナは，１００〜２００ｇ
／リットルの高表面積を有するものが多い。このため，
パティキュレートを酸化するための触媒反応面積が拡大
し，パティキュレートの酸化除去が促進される。なお，
排ガス浄化フィルタは，ハニカム構造体であり，その全
体形状は円柱形状か楕円形状などである。排ガス浄化フ
ィルタの多くは，各セルの一辺が０．８〜２．５ｍｍ，
多孔質隔壁の厚みが０．１〜０．６ｍｍであり，直径が
５０ｍｍ〜３００ｍｍ，長さが５０〜２００ｍｍである
が，この大きさに限定されない。
【００１５】第二発明における多孔質隔壁の気孔率及び
平均細孔径，Ｙ／Ｘは，上記第一発明と同様である。第
二発明において，上記混合物には，更に気孔形成用のカ
ーボンが添加されていることが好ましい（請求項６）。
カーボンは，上記のごとく，ハニカム状に成形した後加
熱焼成する際に，焼失し，その跡に気孔が残る。これに
より，多数の気孔を持つ多孔質隔壁を形成することがで
きる。カーボンの添加量は，加熱によるクラック発生の
防止等の理由により，４０％未満であることが好まし
い。
平均細孔径，Ｙ／Ｘは，上記第一発明と同様である。第
二発明において，上記混合物には，更に気孔形成用のカ
ーボンが添加されていることが好ましい（請求項６）。
カーボンは，上記のごとく，ハニカム状に成形した後加
熱焼成する際に，焼失し，その跡に気孔が残る。これに
より，多数の気孔を持つ多孔質隔壁を形成することがで
きる。カーボンの添加量は，加熱によるクラック発生の
防止等の理由により，４０％未満であることが好まし
い。
【００１６】セラミック粉末に加える発泡材の添加量
は，フィルタ変形防止などの理由により，１５％未満で
あることが好ましい。
は，フィルタ変形防止などの理由により，１５％未満で
あることが好ましい。
【００１７】上記発泡材は，予め５〜８０％発泡させて
ある既発泡材と１００℃以下で発泡する未発泡材との混
合物を用いることが好ましい（請求項７）。既発泡材と
未発泡材は，カーボンと同様に気孔を形成するための造
孔材である。乾燥時の低温加熱により，既発泡材はあま
り膨張せず，未発泡材は膨張する。焼成時には，いずれ
も焼失し，その跡に気孔を残す。
ある既発泡材と１００℃以下で発泡する未発泡材との混
合物を用いることが好ましい（請求項７）。既発泡材と
未発泡材は，カーボンと同様に気孔を形成するための造
孔材である。乾燥時の低温加熱により，既発泡材はあま
り膨張せず，未発泡材は膨張する。焼成時には，いずれ
も焼失し，その跡に気孔を残す。
【００１８】未発泡材は相当量の気孔を形成し得るた
め，焼成工程で熱の発生が少なく，排ガス浄化フィルタ
にクラックが発生しにくい。また，未発泡材は，乾燥工
程における比較的低温の加熱により発泡するため，多孔
質隔壁の表面だけでなく内部にも細孔を生成させること
ができる。一方，未発泡材だけの場合には，膨張量が大
きすぎて，フィルタが変形する場合がある。本発明にお
いては，未発泡材だけでなく，既発泡材も併用している
ため，発泡材全体で過剰に膨張することを抑制でき，フ
ィルタの変形を防止できる。
め，焼成工程で熱の発生が少なく，排ガス浄化フィルタ
にクラックが発生しにくい。また，未発泡材は，乾燥工
程における比較的低温の加熱により発泡するため，多孔
質隔壁の表面だけでなく内部にも細孔を生成させること
ができる。一方，未発泡材だけの場合には，膨張量が大
きすぎて，フィルタが変形する場合がある。本発明にお
いては，未発泡材だけでなく，既発泡材も併用している
ため，発泡材全体で過剰に膨張することを抑制でき，フ
ィルタの変形を防止できる。
【００１９】セラミック粉末に添加するときの全体発泡
材に対する既発泡材の量が５％未満の場合には，発泡材
全体の膨張量が大きすぎ，フィルタが変形するおそれが
ある。既発泡材の量が８０％を超える場合には，押出成
形体の強度が低下し変形するおそれがある。セラミック
粉末に添加される未発泡材が１００℃よりも高い温度に
ならないと発泡しない場合には，発泡材全体の膨張量が
少なく平均細孔径が上記範囲より小さくなるおそれがあ
る。
材に対する既発泡材の量が５％未満の場合には，発泡材
全体の膨張量が大きすぎ，フィルタが変形するおそれが
ある。既発泡材の量が８０％を超える場合には，押出成
形体の強度が低下し変形するおそれがある。セラミック
粉末に添加される未発泡材が１００℃よりも高い温度に
ならないと発泡しない場合には，発泡材全体の膨張量が
少なく平均細孔径が上記範囲より小さくなるおそれがあ
る。
【００２０】上記既発泡材及び上記未発泡材の比率は，
１：２０〜４：１であることが好ましい。この範囲を逸
脱して既発泡材が多く未発泡材が少ない場合には，発泡
材全体の膨張量が少なく平均細孔径が上記範囲より小さ
くなるおそれがあり，既発泡材が少なく未発泡材が多い
場合には，フィルタが変形するおそれがある。
１：２０〜４：１であることが好ましい。この範囲を逸
脱して既発泡材が多く未発泡材が少ない場合には，発泡
材全体の膨張量が少なく平均細孔径が上記範囲より小さ
くなるおそれがあり，既発泡材が少なく未発泡材が多い
場合には，フィルタが変形するおそれがある。
【００２１】上記既発泡材としては，たとえば，松本油
脂製薬株式会社のマイクロスフェアーを用いることがで
きる。上記未発泡材としては，たとえば，松本油脂製薬
株式会社のマイクロビーズを用いることができる。上記
既発泡材及び上記未発泡材は，気孔形成用のカーボンと
併用することができる。上記セラミック粉末は，コージ
ェライト，炭化珪素又はリン酸ジルコニウム粉末のいず
れか１種以上を用いることが好ましい（請求項８）。
脂製薬株式会社のマイクロスフェアーを用いることがで
きる。上記未発泡材としては，たとえば，松本油脂製薬
株式会社のマイクロビーズを用いることができる。上記
既発泡材及び上記未発泡材は，気孔形成用のカーボンと
併用することができる。上記セラミック粉末は，コージ
ェライト，炭化珪素又はリン酸ジルコニウム粉末のいず
れか１種以上を用いることが好ましい（請求項８）。
【００２２】上記コージェライトは，タルク，溶融シリ
カ及び水酸化アルミニウムの混合物を焼成してなること
が好ましい（請求項９）。これにより，多孔質隔壁に多
数の気孔を形成することができる。即ち，水酸化アルミ
ニウムを用いることによって，その中に含まれている結
晶水が蒸発し，多数の孔が形成される。また，溶融シリ
カは焼成時に分解し，その際の堆積収縮により，その部
分が気孔になる。このため，従来よりも気孔率を高め
て，上記範囲にすることができる。
カ及び水酸化アルミニウムの混合物を焼成してなること
が好ましい（請求項９）。これにより，多孔質隔壁に多
数の気孔を形成することができる。即ち，水酸化アルミ
ニウムを用いることによって，その中に含まれている結
晶水が蒸発し，多数の孔が形成される。また，溶融シリ
カは焼成時に分解し，その際の堆積収縮により，その部
分が気孔になる。このため，従来よりも気孔率を高め
て，上記範囲にすることができる。
【００２３】上記タルクの平均粒子径は３０〜２００μ
ｍ，上記溶融シリカの平均粒子径は３０〜２００μｍ，
上記水酸化アルミニウムの平均粒子径は５〜２０μｍで
あることが好ましい（請求項１０）。これにより，多孔
質隔壁の平均気孔径及び気孔率を上記の範囲にすること
ができる。一方，タルク，溶融シリカ，水酸化アルミニ
ウムの粒子径が上記範囲を逸脱する場合には，多孔質隔
壁の平均気孔径及び気孔率を上記の範囲にすることがで
きないおそれがある。
ｍ，上記溶融シリカの平均粒子径は３０〜２００μｍ，
上記水酸化アルミニウムの平均粒子径は５〜２０μｍで
あることが好ましい（請求項１０）。これにより，多孔
質隔壁の平均気孔径及び気孔率を上記の範囲にすること
ができる。一方，タルク，溶融シリカ，水酸化アルミニ
ウムの粒子径が上記範囲を逸脱する場合には，多孔質隔
壁の平均気孔径及び気孔率を上記の範囲にすることがで
きないおそれがある。
【００２４】上記排ガス浄化フィルタの成形方法として
は，例えば上記セラミック粉末及び発泡材の混合物に水
等を加えて混練し，これをハニカム状に押出成形する方
法がある。この方法によれば，押出成形後に切断するこ
とにより，容易に所望寸法のハニカム状の排ガス浄化フ
ィルタを得ることができる。
は，例えば上記セラミック粉末及び発泡材の混合物に水
等を加えて混練し，これをハニカム状に押出成形する方
法がある。この方法によれば，押出成形後に切断するこ
とにより，容易に所望寸法のハニカム状の排ガス浄化フ
ィルタを得ることができる。
【００２５】成形された排ガス浄化フィルタ成形体の乾
燥は，上記水分等を蒸発させるために行い，例えば約８
０〜１００℃の比較的低温で加熱することにより行う。
加熱時間は，成形体の大きさ等に合わせて適宜選択する
ことが好ましい。排ガス浄化フィルタ成形体の焼成は，
例えば約１３００〜１５００℃の温度において５〜２０
時間保持することにより行うことができる。焼成温度及
び時間は，成形体の大きさ等によって適宜変更すること
が好ましい。尚，上記乾燥工程と焼成工程とは，別々の
工程として行ってもよいが，乾燥温度から連続的に焼成
温度に移行することによって，一連の加熱工程とするこ
とができ，また省熱化を図ることもできる。
燥は，上記水分等を蒸発させるために行い，例えば約８
０〜１００℃の比較的低温で加熱することにより行う。
加熱時間は，成形体の大きさ等に合わせて適宜選択する
ことが好ましい。排ガス浄化フィルタ成形体の焼成は，
例えば約１３００〜１５００℃の温度において５〜２０
時間保持することにより行うことができる。焼成温度及
び時間は，成形体の大きさ等によって適宜変更すること
が好ましい。尚，上記乾燥工程と焼成工程とは，別々の
工程として行ってもよいが，乾燥温度から連続的に焼成
温度に移行することによって，一連の加熱工程とするこ
とができ，また省熱化を図ることもできる。
【００２６】また，上記コージェライトは，タルク，溶
融シリカ及び水酸化アルミニウムの混合物を焼成してな
り，上記水酸化アルミニウムの平均粒子径は５〜２０μ
ｍであり，かつ上記混合物全体の粒子径の累積重量を
Ａ，上記混合物中の１００μｍ以上の粒子径を持つ粒子
の累積重量をＢとすると，両者の間には，Ｂ／Ａ≦０．
０５なる関係が成立することが好ましい。
融シリカ及び水酸化アルミニウムの混合物を焼成してな
り，上記水酸化アルミニウムの平均粒子径は５〜２０μ
ｍであり，かつ上記混合物全体の粒子径の累積重量を
Ａ，上記混合物中の１００μｍ以上の粒子径を持つ粒子
の累積重量をＢとすると，両者の間には，Ｂ／Ａ≦０．
０５なる関係が成立することが好ましい。
【００２７】水酸化アルミニウムの平均粒子径が上述の
範囲内にあることで，排ガス浄化フィルタの製造時に平
均細孔径３０〜５０μｍの細孔を有するようコントロー
ルすることができる。また，混合物全体の粒子径の累積
重量と１００μｍ以上の粒子径を持つ粒子の累積重量と
の間の関係が上述の範囲内にあるため，パティキュレー
トを高確率で捕集することができる。
範囲内にあることで，排ガス浄化フィルタの製造時に平
均細孔径３０〜５０μｍの細孔を有するようコントロー
ルすることができる。また，混合物全体の粒子径の累積
重量と１００μｍ以上の粒子径を持つ粒子の累積重量と
の間の関係が上述の範囲内にあるため，パティキュレー
トを高確率で捕集することができる。
【００２８】水酸化アルミニウムの平均粒子径が５μｍ
未満である場合は，平均細孔径が小さくなり，圧力損失
が増大するおそれがある。２０μｍを越えた場合は，１
００μｍ以上の細孔が増大し，パティキュレートがすり
抜け易くなる排ガス浄化フィルタとなってしまうおそれ
がある。また，Ｂ／Ａ＞０．０５である場合は，パティ
キュレートのすり抜けが増大するおそれがある。
未満である場合は，平均細孔径が小さくなり，圧力損失
が増大するおそれがある。２０μｍを越えた場合は，１
００μｍ以上の細孔が増大し，パティキュレートがすり
抜け易くなる排ガス浄化フィルタとなってしまうおそれ
がある。また，Ｂ／Ａ＞０．０５である場合は，パティ
キュレートのすり抜けが増大するおそれがある。
【００２９】
【実施例】以下に，本発明の実施形態をさらに詳述す
る。本例においては，化学組成及び気孔特性の異なる１
０種類の排ガス浄化フィルタを作製した。そのうち，試
料６〜９は本発明品であり，試料１〜５，１０は，比較
品である。いずれも，化学組成がＳｉＯ2 ４５〜５５
重量％，Ａｌ2Ｏ3３３〜４２重量％，ＭｇＯ １２〜１
８重量％よりなるコージェライトを主成分とする。
る。本例においては，化学組成及び気孔特性の異なる１
０種類の排ガス浄化フィルタを作製した。そのうち，試
料６〜９は本発明品であり，試料１〜５，１０は，比較
品である。いずれも，化学組成がＳｉＯ2 ４５〜５５
重量％，Ａｌ2Ｏ3３３〜４２重量％，ＭｇＯ １２〜１
８重量％よりなるコージェライトを主成分とする。
【００３０】作製される排ガス浄化フィルタ７は，図
１，図２に示すごとく，円柱形状のハニカム構造体であ
り，その長手方向に沿って多数のセル１を有する。一方
のセルは導入通路２であり，他方のセルは排出通路３で
ある。これらは縦方向及び横方向に交互に，いわゆる市
松模様状に配置され，多孔質隔壁５により隔離されてい
る。図３に示すごとく，多孔質隔壁５の表面及び内部の
細孔５０の壁面５００には，数μｍの厚みのアルミナ及
び貴金属触媒よりなる触媒層５１が担持されている。
１，図２に示すごとく，円柱形状のハニカム構造体であ
り，その長手方向に沿って多数のセル１を有する。一方
のセルは導入通路２であり，他方のセルは排出通路３で
ある。これらは縦方向及び横方向に交互に，いわゆる市
松模様状に配置され，多孔質隔壁５により隔離されてい
る。図３に示すごとく，多孔質隔壁５の表面及び内部の
細孔５０の壁面５００には，数μｍの厚みのアルミナ及
び貴金属触媒よりなる触媒層５１が担持されている。
【００３１】導入通路２は，排ガス導入側を開口してお
り，一方排出側を閉塞材４２によって閉塞してある。ま
た排出通路３は，排ガス導入側を閉塞材４３によって閉
塞してあり，一方排出側を開口してある。排ガス浄化フ
ィルタの長手方向に直交する方向の断面におけるセル１
の数は６．４５ｃｍ2当り３００である。各セルの一辺
は１．１７ｍｍ，多孔質隔壁５の厚みは０．３ｍｍであ
る。排ガス浄化フィルタは，直径１０３ｍｍ，長さ１５
５ｍｍである。
り，一方排出側を閉塞材４２によって閉塞してある。ま
た排出通路３は，排ガス導入側を閉塞材４３によって閉
塞してあり，一方排出側を開口してある。排ガス浄化フ
ィルタの長手方向に直交する方向の断面におけるセル１
の数は６．４５ｃｍ2当り３００である。各セルの一辺
は１．１７ｍｍ，多孔質隔壁５の厚みは０．３ｍｍであ
る。排ガス浄化フィルタは，直径１０３ｍｍ，長さ１５
５ｍｍである。
【００３２】上記排ガス浄化フィルタ７によってパティ
キュレートを捕集する際には，図２に示すごとく，パテ
ィキュレートを含有した排ガスを上記導入通路２内に導
入する。次いで，導入された排ガスは，上記導入通路２
の排出側が閉塞されているため，多孔質隔壁５を通過し
て上記排出通路３に導出する。
キュレートを捕集する際には，図２に示すごとく，パテ
ィキュレートを含有した排ガスを上記導入通路２内に導
入する。次いで，導入された排ガスは，上記導入通路２
の排出側が閉塞されているため，多孔質隔壁５を通過し
て上記排出通路３に導出する。
【００３３】このとき，上記多孔質隔壁５は，図３に示
すごとく，その細孔５０内に排ガス中のパティキュレー
ト５９を捕集する。排ガスは排出通路３の開口端から排
出される。なお，パティキュレート５９の一部が細孔５
０を素通りすることもある（矢線Ａ）。特に径が１００
μｍを越える細孔５０においてはパティキュレート５９
の素通りがしばしば発生する。
すごとく，その細孔５０内に排ガス中のパティキュレー
ト５９を捕集する。排ガスは排出通路３の開口端から排
出される。なお，パティキュレート５９の一部が細孔５
０を素通りすることもある（矢線Ａ）。特に径が１００
μｍを越える細孔５０においてはパティキュレート５９
の素通りがしばしば発生する。
【００３４】そして，多孔質隔壁５に捕集されたパティ
キュレートは，排ガス中の酸素と，排ガスの高温度下に
おいて反応し，酸化除去される。そして，このとき，多
孔質隔壁に担持してある触媒により，上記反応が促進さ
れて効率的に上記酸化が行われる。
キュレートは，排ガス中の酸素と，排ガスの高温度下に
おいて反応し，酸化除去される。そして，このとき，多
孔質隔壁に担持してある触媒により，上記反応が促進さ
れて効率的に上記酸化が行われる。
【００３５】次に，排ガス浄化フィルタを製造するにあ
たっては，それぞれ表１，表２に示した種類及び量のコ
ージェライト生成原料と有機可燃物等を準備した。表１
がコージェライト生成原料及び気孔形成材の配合比，表
２がコージェライト生成原料の平均粒子径，また，コー
ジェライト生成原料の１００％累積比も記載した。ここ
に１００％累積比とは，コージェライト生成原料の全体
の累積重量をＡ，上記コージェライト生成原料中の１０
０μｍ以上の粒子径を持つ粒子の累積重量をＢとした際
のＢ／Ａの値である。
たっては，それぞれ表１，表２に示した種類及び量のコ
ージェライト生成原料と有機可燃物等を準備した。表１
がコージェライト生成原料及び気孔形成材の配合比，表
２がコージェライト生成原料の平均粒子径，また，コー
ジェライト生成原料の１００％累積比も記載した。ここ
に１００％累積比とは，コージェライト生成原料の全体
の累積重量をＡ，上記コージェライト生成原料中の１０
０μｍ以上の粒子径を持つ粒子の累積重量をＢとした際
のＢ／Ａの値である。
【００３６】コージェライト生成原料としては，タル
ク，溶融シリカ，水酸化アルミニウムを用いる。気孔形
成材としては，未発泡材，既発泡材及び／またはカーボ
ンを用いる。ここで上記未発泡材は，８０〜１００℃の
温度で体積が４０倍に膨張する炭化水素をカプセル化し
たものである。上記既発泡材は，上記未発泡材を予め加
熱し発泡させた発泡ビーズを用いる。
ク，溶融シリカ，水酸化アルミニウムを用いる。気孔形
成材としては，未発泡材，既発泡材及び／またはカーボ
ンを用いる。ここで上記未発泡材は，８０〜１００℃の
温度で体積が４０倍に膨張する炭化水素をカプセル化し
たものである。上記既発泡材は，上記未発泡材を予め加
熱し発泡させた発泡ビーズを用いる。
【００３７】各コージェライト生成原料からなる基本原
料及び上記気孔形成材に，有機バインダ及び水を所定量
加え，混練した。次いで，混練して得た粘土を周知のハ
ニカム押出し機で押出し成形し，所望の長さに切断し
た。切断した成形体を，高周波を使った乾燥機を用いて
乾燥し，１４００℃で１０時間焼成してハニカム構造体
を得た。このハニカム構造体には，その端面に市松模様
になるように交互にセラミック閉塞材にて栓をした。次
いで，貴金属触媒としての白金を担持させ，ハニカム形
状の排ガス浄化フィルタを得た。
料及び上記気孔形成材に，有機バインダ及び水を所定量
加え，混練した。次いで，混練して得た粘土を周知のハ
ニカム押出し機で押出し成形し，所望の長さに切断し
た。切断した成形体を，高周波を使った乾燥機を用いて
乾燥し，１４００℃で１０時間焼成してハニカム構造体
を得た。このハニカム構造体には，その端面に市松模様
になるように交互にセラミック閉塞材にて栓をした。次
いで，貴金属触媒としての白金を担持させ，ハニカム形
状の排ガス浄化フィルタを得た。
【００３８】得られた排ガス浄化フィルタの気孔率及び
平均細孔径，全体の細孔容積，１００μｍ以上の細孔容
積を測定した。さらに，パティキュレートの捕集状態，
圧力損失，捕集効率及び強度を測定した。気孔率及び平
均細孔径の測定にあたっては，水銀圧入式のポロシメー
タを用いた。圧力損失の測定にあたっては，２ｍ3／分
の圧縮空気を用いた圧力測定装置を用いた。捕集効率
は，上記試料に同様の圧力測定装置を用い，煤発生装置
から発生する，パティキュレートに類似した煤の捕集量
と漏れ量の比率で算出した。
平均細孔径，全体の細孔容積，１００μｍ以上の細孔容
積を測定した。さらに，パティキュレートの捕集状態，
圧力損失，捕集効率及び強度を測定した。気孔率及び平
均細孔径の測定にあたっては，水銀圧入式のポロシメー
タを用いた。圧力損失の測定にあたっては，２ｍ3／分
の圧縮空気を用いた圧力測定装置を用いた。捕集効率
は，上記試料に同様の圧力測定装置を用い，煤発生装置
から発生する，パティキュレートに類似した煤の捕集量
と漏れ量の比率で算出した。
【００３９】捕集状態の観察では，この評価の後に，排
ガス浄化フィルタの断面を電子顕微鏡で確認し，内部へ
の煤侵入の有無を確認した。強度については，排ガス浄
化フィルタが破壊する限界強度をアイソスタティック測
定装置を用いて測定した。これらの測定結果を表３，表
４に示した。
ガス浄化フィルタの断面を電子顕微鏡で確認し，内部へ
の煤侵入の有無を確認した。強度については，排ガス浄
化フィルタが破壊する限界強度をアイソスタティック測
定装置を用いて測定した。これらの測定結果を表３，表
４に示した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】表１〜表４より明らかなように，試料６〜
９は，気孔率が５５〜８０％で平均細孔径が３０〜５０
μｍ，Ｙ／Ｘが０．０５以下であり，パティキュレート
が多孔質隔壁内部に侵入しており，なおかつ気孔形成材
の料を増加したことにより，試料１〜５と比較して非常
に圧力損失が低くなり，また他の評価結果も満足してい
た。
９は，気孔率が５５〜８０％で平均細孔径が３０〜５０
μｍ，Ｙ／Ｘが０．０５以下であり，パティキュレート
が多孔質隔壁内部に侵入しており，なおかつ気孔形成材
の料を増加したことにより，試料１〜５と比較して非常
に圧力損失が低くなり，また他の評価結果も満足してい
た。
【００４５】一方，試料１，２は，平均細孔径が３０μ
ｍ未満と小さいため，多孔質隔壁の表面にパティキュレ
ートが堆積しており，内部には殆んど侵入していない。
試料３〜５は，多孔質隔壁内部までパティキュレートが
侵入しているが，気孔率が５５％未満と小さいため，圧
力損失が高く，実用上問題である。試料１０は，タルク
や溶融シリカが大きく気孔形成材の量も多いことから，
平均細孔径が５０μｍを超えて大きくなりすぎた。そし
て，パティキュレートが多孔質隔壁を通過してしまい，
捕集効率が劣ってしまった。また，強度も低下するた
め，実用的ではない。
ｍ未満と小さいため，多孔質隔壁の表面にパティキュレ
ートが堆積しており，内部には殆んど侵入していない。
試料３〜５は，多孔質隔壁内部までパティキュレートが
侵入しているが，気孔率が５５％未満と小さいため，圧
力損失が高く，実用上問題である。試料１０は，タルク
や溶融シリカが大きく気孔形成材の量も多いことから，
平均細孔径が５０μｍを超えて大きくなりすぎた。そし
て，パティキュレートが多孔質隔壁を通過してしまい，
捕集効率が劣ってしまった。また，強度も低下するた
め，実用的ではない。
【図１】実施例にかかる，排ガス浄化フィルタの正面
図。
図。
【図２】実施例にかかる，図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例にかかる，排ガス浄化フィルタの細孔，
該細孔を通過するパティキュレートを示す説明図。
該細孔を通過するパティキュレートを示す説明図。
１．．．セル， ２．．．導入通路， ３．．．排出通路， ４２．．．閉塞材， ５．．．多孔質隔壁， ７．．．排ガス浄化フィルタ， ５０．．．細孔，
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 53/86 Ｃ０４Ｂ 38/00 ３０３Ｚ Ｃ０４Ｂ 38/00 ３０３ Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ // Ｂ０１Ｄ 46/42 53/36 Ｃ (72)発明者 山下 博史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 佐野 博美 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G090 AA03 BA01 4D019 AA01 BA05 BB06 BC07 BC12 BD01 CA01 CB04 CB06 4D048 AA14 AB01 BA10X BA30X BA31X BA32X BA33X BA34X BB02 BB14 BB17 4D058 JA32 JB06 MA44 SA08 4G019 FA12 FA13
Claims (11)
- 【請求項１】 内燃機関から排出されるパティキュレー
トを含む排ガスを導入する導入通路と，上記パティキュ
レートを捕集する多孔質隔壁と，上記パティキュレート
が除去された後の排ガスを排出する排出通路とを有し，
上記多孔質隔壁には上記パティキュレートを酸化除去す
るための触媒を担持してなるハニカム状のセラミック製
の排ガス浄化フィルタであって，上記多孔質隔壁の気孔
率は５５〜８０％，その平均細孔径は３０〜５０μｍで
あり，かつ上記排ガス浄化フィルタ全体の細孔容積を
Ｘ，孔径１００μｍ以上の細孔容積をＹとした場合，Ｙ
／Ｘ≦０．０５であることを特徴とする排ガス浄化フィ
ルタ。 - 【請求項２】 請求項１において，上記触媒は，貴金属
触媒であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。 - 【請求項３】 請求項１又は２において，上記排ガス浄
化フィルタは，コージエライト，炭化珪素又はリン酸ジ
ルコニウム粉末のいずれか１種以上の焼結体により形成
されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項において，
上記多孔質隔壁における細孔壁には，アルミナが被覆さ
れ，その上に触媒が担持されていることを特徴とする排
ガス浄化フィルタ。 - 【請求項５】 内燃機関から排出されるパティキュレー
トを含む排ガスを導入する導入通路と，上記パティキュ
レートを捕集する多孔質隔壁と，上記パティキュレート
が除去された後の排ガスを排出する排出通路とを有し，
上記多孔質隔壁には上記パティキュレートを酸化除去す
るための触媒を担持してなり，上記多孔質隔壁の気孔率
は５５〜８０％，その平均細孔径は３０〜５０μｍであ
り，かつ上記排ガス浄化フィルタ全体の細孔容積をＸ，
孔径１００μｍ以上の細孔容積をＹとした場合，Ｙ／Ｘ
≦０．０５であるハニカム状のセラミック製の排ガス浄
化フィルタを製造する方法において，上記排ガス浄化フ
ィルタは，セラミック粉末と発泡材との混合物をハニカ
ム状に成形し，加熱焼成し，該加熱時に上記発泡材を膨
張させることにより形成し，その後上記触媒を担持する
ことを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。 - 【請求項６】 請求項５において，上記混合物には，更
に気孔形成用のカーボンが添加されていることを特徴と
する排ガス浄化フィルタの製造方法。 - 【請求項７】 請求項５または６において，上記発泡材
は，予め５〜８０％発泡させてある既発泡材と１００℃
以下で発泡する未発泡材との混合物を用いることを特徴
とする排ガス浄化フィルタの製造方法。 - 【請求項８】 請求項５または６のいずれか１項におい
て，上記セラミック粉末は，コージェライト，炭化珪素
又はリン酸ジルコニウム粉末のいずれか１種以上を用い
ることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。 - 【請求項９】 請求項８において，上記コージェライト
は，タルク，溶融シリカ及び水酸化アルミニウムの混合
物を焼成してなることを特徴とする排ガス浄化フィルタ
の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項９において，上記タルクの平均
粒子径は３０〜２００μｍ，上記溶融シリカの平均粒子
径は３０〜２００μｍ，上記水酸化アルミニウムの平均
粒子径は５〜２０μｍであることを特徴とする排ガス浄
化フィルタの製造方法。 - 【請求項１１】 請求項８において，上記コージェライ
トは，タルク，溶融シリカ及び水酸化アルミニウムの混
合物を焼成してなり，上記水酸化アルミニウムの平均粒
子径は５〜２０μｍであり，かつ上記混合物全体の粒子
径の累積重量をＡ，上記混合物中の１００μｍ以上の粒
子径を持つ粒子の累積重量をＢとすると，両者の間に
は，Ｂ／Ａ≦０．０５なる関係が成立することを特徴と
する排ガス浄化フィルタの製造方法。
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| JP2009057948A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Toyota Motor Corp | 粒子状物質の捕集分布検出方法及び捕集分布検出装置と排ガス浄化装置 |
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| JP3997825B2 (ja) * | 2001-06-28 | 2007-10-24 | 株式会社デンソー | セラミックフィルタおよび触媒付セラミックフィルタ |
| JP2003260322A (ja) * | 2002-03-08 | 2003-09-16 | Ngk Insulators Ltd | ハニカム構造体、その製造方法及び排ガス浄化システム |
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| JP4284588B2 (ja) * | 2003-01-10 | 2009-06-24 | トヨタ自動車株式会社 | 排ガス浄化フィルタ触媒 |
| US7179316B2 (en) * | 2003-06-25 | 2007-02-20 | Corning Incorporated | Cordierite filters with reduced pressure drop |
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| US7648548B2 (en) * | 2006-05-10 | 2010-01-19 | Corning Incorporated | High porosity cordierite composition |
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- 2002-02-08 JP JP2002032780A patent/JP3925225B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2007-03-27 US US11/727,438 patent/US7553442B2/en not_active Expired - Fee Related
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