JP2003003823A - 排ガス浄化フィルタ - Google Patents

排ガス浄化フィルタ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 栓部を積極的にフィルターとして利用するこ
とができる排ガス浄化フィルタを提供すること。 【解決手段】 隔壁１１に囲まれた多数のセル１０を有
するハニカム状を呈し，セル１０の両端のいずれか一方
の端部を閉止する栓部２を有してなる。隔壁１１及び栓
部２はいずれも多孔質体よりなり，隔壁１１の気孔率を
Ｐ１，栓部２の気孔率をＰ２，隔壁１１の厚みの平均値
をｔ，栓部１１の長さの平均値をＬとした場合に，Ｍ＝
（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値
が，１０＜Ｍ＜９０の範囲内にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は，内燃機関から排出されるカーボ
ン微粒子等を捕集するセラミック性の排ガス浄化フィル
タに関する。
【０００２】
【従来技術】ディーゼルエンジン等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濾過，燃焼させるこ
とにより再生する排ガス浄化フィルタとして，セラミッ
クハニカム構造体を用いることが有望視されている。具
体的には，図３に示すごとく，従来の排ガス浄化フィル
タ９は，ハニカム構造体の両端面に開口したセル９０を
交互に栓部９５によって閉塞する。そして両端面におい
ては，栓部９５がいわば市松模様状に配置されるように
する。また隔壁９８の表面には触媒を担持しておく。
【０００３】これにより，同図に示すごとく，セル９０
内に浸入した排ガス８は，隔壁９８を通過して排出さ
れ，隔壁９８には排ガス８に含まれるパティキュレート
等が捕獲され，堆積する。そして，堆積したパティキュ
レート等は，隔壁９８に担持されている触媒作用によっ
て燃焼除去され，排ガス浄化フィルタ９が随時再生され
る。
【０００４】
【解決しようとする課題】ところで，上記排ガス浄化フ
ィルタ９の浄化性能をさらに高めるためには，その内表
面の面積をさらに増加させることが有効である。これに
対しては，排ガス浄化フィルタを構成するハニカム構造
体の隔壁の薄肉化，セルピッチの縮小，その他種々の対
策がとられてきた。しかしながら，このような隔壁の薄
肉化を主体とした対策は有効ではあるものの，その製造
自体が非常に難しくなることと，全体強度の低下を来す
という問題もあり，限界がある。そこで，隔壁の薄肉化
以外の対策として，上記栓部９５をフィルターとして利
用することによりフィルター面積を増大させることが有
効と考えられる。
【０００５】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，栓部を積極的にフィルターとして利用す
ることができる排ガス浄化フィルタを提供しようとする
ものである。
【０００６】
【課題の解決手段】第１の発明は，隔壁に囲まれた多数
のセルを有するハニカム状を呈し，上記セルの両端のい
ずれか一方の端部を閉止する栓部を有してなる排ガス浄
化フィルタにおいて，上記隔壁及び上記栓部はいずれも
多孔質体よりなり，上記隔壁の気孔率をＰ１，上記栓部
の気孔率をＰ２，上記隔壁の厚みの平均値をｔ，上記栓
部の長さの平均値をＬとした場合に，Ｍ＝（Ｌ／ｔ）×
（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値が，１０＜Ｍ
＜９０の範囲内にあることを特徴とする排ガス浄化フィ
ルタにある（請求項１）。
【０００７】本発明の排ガス浄化フィルタにおいては，
上記隔壁及び上記栓部をいずれも多孔質体より構成して
ある。そして，これらの気孔率及びサイズが特定の関係
にある。即ち，上記隔壁の気孔率をＰ１，上記栓部の気
孔率をＰ２，上記隔壁の厚みの平均値をｔ，上記栓部の
長さの平均値をＬとした場合のＭ＝（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１
／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値が，１０＜Ｍ＜９０
の範囲内にある。これにより，上記排ガス浄化フィルタ
は，上記栓部の強度を十分に確保しつつ，栓部を排ガス
が通過するような構成をとることができる。それ故，栓
部を強度を低下させることなくフィルターとして利用す
ることができ，全体のフィルター面積が増加して排ガス
浄化フィルタ全体の性能が向上する。
【０００８】なお，本発明では，上記ｔ，Ｌの値とし
て，平均値を用いる。また，上記気孔率としては，ポロ
シメータを用いた水銀圧入法により細孔容積を求めて測
定した値を用いることができる。そして，上記ｔ，Ｌの
値として平均値を用いるので，個々全ての栓部が上記要
件を具備する必要はない。少なくとも平均値が上記Ｍ値
の範囲を満足すればよい。
【０００９】第２の発明は，隔壁に囲まれた多数のセル
を有するハニカム状を呈し，上記セルの両端のいずれか
一方の端部を閉止する栓部を有してなる排ガス浄化フィ
ルタにおいて，上記隔壁及び上記栓部はいずれも多孔質
体よりなり，上記隔壁の気孔率をＰ１，上記各栓部の気
孔率をＰ２，上記隔壁の厚みの平均値をｔ，上記各栓部
の長さをＬ２とした場合に，Ｍ２＝（Ｌ２／ｔ）×（Ｐ
１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ２値が，１０＜Ｍ２
＜９０の範囲内にある上記栓部が全体の５０％以上であ
ることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある（請求項
３）。
【００１０】本発明の排ガス浄化フィルタにおいては，
上記栓部の各々について上記Ｐ２，Ｌ２を定め，これと
隔壁の気孔率Ｐ１と，隔壁の厚みの平均値ｔとにより定
められた上記Ｍ２値が上記特定の範囲に入るものが，栓
部全体のうち５０％以上を占めるようにする。これによ
っても，上記と同様に，栓部をフィルターとして利用す
ることによる浄化性能向上を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】上記第１の発明（請求項１）にお
いて，上記Ｍ値が１０以下の場合には，栓部の強度が弱
く，実用上問題が生じうる。一方，Ｍ値が９０を超える
場合には，栓部を排ガスが通過しにくくなり，栓部をフ
ィルタとして利用することが困難となるという問題があ
る。
【００１２】そして，上記Ｍ値は，２５以下であること
が好ましい（請求項２）。この場合には，特に栓部をフ
ィルタとして使用する効果を充分に得ることができる。
【００１３】また，上記第２の発明（請求項３）におい
ては，上記Ｍ２値が，１０＜Ｍ２＜９０の範囲内にある
上記栓部が全体の５０％未満である場合には，栓部全体
としてのフィルタ効果が充分に得られないという問題が
ある。そして特に，上記Ｍ２値が２５％以下の上記栓部
が全体の５０％以上であることが好ましい（請求項
４）。この場合には，さらに栓部のフィルタとしての効
果を高めることができる。
【００１４】上記第１，第２の発明（請求項１，２）に
おいて，上記栓部の長さの平均値は５ｍｍ以下であるこ
とが好ましい。栓部の長さの平均値が５ｍｍを超える場
合には，排ガスが通過する際の抵抗が大きくなり，フィ
ルターとしての機能が低下するおそれがある。それ故よ
り好ましくは３ｍｍ以下がよい。一方，栓部の長さが短
すぎれば，その強度が低下する。そのため，栓部の長さ
の平均値の下限値としては０．５ｍｍとすることが好ま
しい。
【００１５】また，上記排ガス浄化フィルタにおける隔
壁及び栓部は，例えばコーディエライト，ムライト，ス
ピネルその他のセラミックスより構成することができ
る。また，上記隔壁及び栓部には，捕獲したパティキュ
レートを燃焼させるための触媒を担持することができ
る。触媒の種類としては，例えば，いわゆる三元触媒，
ＰＭ酸化触媒，ＮＯｘ吸蔵還元触媒等がある。
【００１６】
【実施例】（実施例１）本発明の排ガス浄化フィルタに
かかる実施例につき，図１，図２を用いて説明する。本
例の排ガス浄化フィルタ１は，図１，図２に示すごと
く，隔壁１１に囲まれた多数のセル１０を有するハニカ
ム状を呈し，上記セル１０の両端のいずれか一方の端部
を閉止する栓部２を有してなる。
【００１７】上記隔壁１１及び上記栓部２はいずれも多
孔質体よりなる。隔壁１１の気孔率をＰ１，栓部２の気
孔率をＰ２，隔壁１１の厚みの平均値をｔ，栓部２の長
さの平均値をＬとした場合に，Ｍ＝（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１
／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値が，１０＜Ｍ＜９０
の範囲内にある。以下，これを詳説する。
【００１８】本例の排ガス浄化フィルタ１を製造するに
当たっては，まず，セラミック製のハニカム構造体を作
製する。そのため，その原料となるコージェライト原材
料を準備する。コージェライト原材料としては，カオリ
ン，水酸化アルミニウム，アルミナ，タルク，カオリ
ン，カーボン粒子等を含有するものを用いる。そして最
終的な組成が，ＳｉＯ2：４５〜５５重量％，Ａｌ
2Ｏ3：３３〜４２重量％，ＭｇＯ：１２〜１８重量％よ
りなるコーディエライトを主成分とする組成となるよう
に調整する。また，気孔率の調整は，上記カーボン粒
子，カオリン，タルク，水酸化アルミニウム等の含有量
を調整することによって行う。
【００１９】次に，上記コージェライト原材料と水を所
定量混練した後，これをハニカム構造体成形用金型を用
いてハニカム状に押出成形してハニカム構造体を得る。
次いで，上記栓部２となるコーディエライト原料を所定
のセル端部に配置する。本例では，栓部２がいわゆる市
松模様状に配設されるように設定した。そして，乾燥
後，焼成する。なお，上記栓部２の配設方法としては，
種々の公知の方法を採用することができる。
【００２０】得られたハニカム構造体（排ガス浄化フィ
ルタ１）は，セル数が＃３００，隔壁１１の厚さが０．
２ｍｍである。また，本例では，隔壁１１の気孔率Ｐ１
が５５％，栓部２の気孔率Ｐ２が７０％，隔壁１１の厚
みの平均値ｔは０．２ｍｍ，栓部２の長さの平均値Ｌは
４ｍｍである。そのため，上記Ｍ値は１６となる。
【００２１】この排ガス浄化フィルタ１には，その表面
全部，即ち，隔壁１１の表面及び栓部２の表面に対し
て，パティキュレート燃焼用のＰＭ酸化触媒を担持させ
ることにより，排ガス浄化フィルタとして完成する。こ
の排ガス浄化フィルタ１は，図示しない触媒コンバータ
に組み込まれ，ディーゼルエンジン用のパティキュレー
トフィルタとして使用される。
【００２２】次に，本例の作用効果につき説明する。本
例の排ガス浄化フィルタ１においては，隔壁１１及び栓
部２をいずれも多孔質体より構成した。そして，これら
の気孔率及びサイズは，上記Ｍ値が１６となる関係にし
た。これにより，排ガス浄化フィルタ１は，これを排ガ
ス流路中に配置した際に上記栓部２をフィルターとして
利用することができる。
【００２３】即ち，図２に示すごとく，排ガス浄化フィ
ルタ１のセル１０内に導入された排ガス８は，隔壁１１
を通過して隣接するセルに移動して排出されるものと，
栓部２を通過して排出されるものとができる。そして，
排ガス８中に含まれているパティキュレートは，隔壁１
１に捕獲されると共に栓部２にも捕獲される。捕獲され
たパティキュレートは，隔壁１１及び栓部２に担持され
ている触媒の作用によって燃焼除去される。
【００２４】このように，本例の排ガス浄化フィルタ１
では，フィルター面積が従来より増加し，隔壁１１の表
面積と栓部２の表面積を合わせたものとなる。それ故，
排ガス浄化フィルタ１の浄化性能は従来よりも向上す
る。又，上記Ｍ値が１０を超えているので，実用上の栓
部２の強度も確保することができる。
【００２５】（実施例２）本例では，実施例１の排ガス
浄化フィルタ１と同様のハニカム構造体を複数作製する
と共に，その気孔率，サイズ等を変更して，上記Ｍ値の
影響を求める実験を行った。なお，本例では，ハニカム
構造体に触媒の担持を行わなかった以外は，実施例１と
同様にしてハニカム構造体を作製した。
【００２６】作製したハニカム構造体のＰ１，Ｐ２，
ｔ，Ｌの値を表１，表２に示す。これらの表に示すごと
く，本例では，隔壁１１の気孔率Ｐ１が５５〜７０％，
隔壁１１の厚さの平均値ｔが０．２ｍｍ又は０．３ｍ
ｍ，栓部２の気孔率Ｐ２が１０〜７０％，栓部２の長さ
の平均値Ｌが２〜６ｍｍである，５１種類のハニカム構
造体を準備した。
【００２７】そして，表１，表２には，Ｍ＝（Ｌ／ｔ）
×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値を算出して
記載した。また，本例では，パティキュレートに類似し
た煤発生装置から発生する煤を２ｇ／リットル捕集させ
る実験を行った。そして，実験後における下流側の栓部
２の断面を電子顕微鏡で確認し，内部への煤進入の有無
を確認した。煤の進入が十分に確認できた場合を◎，一
応確認できるが上記◎の場合よりも比較的少ない場合を
○，僅かに確認できた場合を△，全く確認できなかった
場合を×として，表１，表２に示した。
【００２８】表１，表２より知られるごとく，上記Ｍ値
が９０を超える場合には，いずれも煤の進入実験の結果
が×であり，フィルタとしての効果を発揮し得ないこと
がわかった。一方，上記Ｍ値が９０未満の場合には，
◎，○あるいは△であり，フィルタ効果を発揮しうるこ
とがわかる。このうち，特に，Ｍが２５以下の場合に
は，十分な煤の進入が認められ，フィルタ効果が高いこ
とがわかった。また，この実験では明らかにならない
が，Ｍ値が１０未満の場合には，栓部２の長さＬが短
く，かつ気孔率Ｐ２が大きい場合であって，栓部２の強
度が小さく実用化が困難である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，排ガス浄化フィルタの斜視
図。
【図２】実施例１における，排ガス浄化フィルタの断面
構造を示す説明図。
【図３】従来例における，排ガス浄化フィルタの断面構
造を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．排ガス浄化フィルタ， １０．．．セル， １１．．．隔壁， ２．．．栓部， ８．．．排ガス，
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 誠 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 AA02 4D019 AA01 BA05 BB06 BD01 BD10 CA01 CB04 4D048 AA14 AA18 AB01 BB02 BB14 CC41 4G069 AA01 AA08 CA03 CA07 CA18 EA19 EA25 EA27

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 隔壁に囲まれた多数のセルを有するハニ
    カム状を呈し，上記セルの両端のいずれか一方の端部を
    閉止する栓部を有してなる排ガス浄化フィルタにおい
    て，上記隔壁及び上記栓部はいずれも多孔質体よりな
    り，上記隔壁の気孔率をＰ１，上記栓部の気孔率をＰ
    ２，上記隔壁の厚みの平均値をｔ，上記栓部の長さの平
    均値をＬとした場合に，Ｍ＝（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ
    ２）の関係式より示されるＭ値が，１０＜Ｍ＜９０の範
    囲内にあることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
  2. 【請求項２】 請求項１において，上記Ｍ値は，２５以
    下であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
  3. 【請求項３】 隔壁に囲まれた多数のセルを有するハニ
    カム状を呈し，上記セルの両端のいずれか一方の端部を
    閉止する栓部を有してなる排ガス浄化フィルタにおい
    て，上記隔壁及び上記栓部はいずれも多孔質体よりな
    り，上記隔壁の気孔率をＰ１，上記各栓部の気孔率をＰ
    ２，上記隔壁の厚みの平均値をｔ，上記各栓部の長さを
    Ｌ２とした場合に，Ｍ２＝（Ｌ２／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ
    ２）の関係式より示されるＭ２値が，１０＜Ｍ２＜９０
    の範囲内にある上記栓部が全体の５０％以上であること
    を特徴とする排ガス浄化フィルタ。
  4. 【請求項４】 請求項３において，上記Ｍ２値が２５％
    以下の上記栓部が全体の５０％以上であることを特徴と
    する排ガス浄化フィルタ。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項において，
    上記栓部の長さの平均値は５ｍｍ以下であることを特徴
    とする排ガス浄化フィルタ。
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