JPH06210117A - 繊維質ハニカムフィルター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は各セルの発熱量をセル間で緩和さ
せ、焼却時の熱勾配による熱歪等によりクラックやセル
間剥離が発生するのを防止し安定したパーティキュレー
トの補集・焼却再生が可能で耐久性に優れ、かつ低原価
で量産性に適した繊維質ハニカムフィルターの提供を目
的とする。 【構成】 本発明の繊維質ハニカムフィルターは平板状
無機シートとコルゲート状無機シートとを積層し巻装し
たハニカム構造体からなるディーゼルエンジン排ガス浄
化用の繊維質ハニカムフィルター１４であって、各隣接
セル間の少なくとも出口側１６に前記フィルターの中央
部シートの始端部から巻周に沿って正弦曲線的に配設さ
れたプラグ材１８を備えた構成からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジン等か
ら排出されるパーティキュレート（スス等の可燃性微粒
子）を補集し、補集したパーティキュレートを焼却させ
ることにより、ディーゼルエンジン等から大気へ排出さ
れるパーティキュレート量の低減を図るディーゼルエン
ジン排気ガス用の繊維質ハニカムフィルター及びその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンから排出され
るパーティキュレートを補集するためのディーゼルエン
ジン排気ガス用フィルターとして、金属ワイヤーメッシ
ュをアルミナでコートしたフィルターや発泡剤を用いて
多孔質構造としたセラミックフォームフィルター、コー
ジェライトセラミックスと有機燃焼物を混合したのち押
し出し成形法にて、成形、焼成して多孔質構造体とした
ハニカム形状のセラミックモノリスフィルター、及び無
機質繊維をセラミックペーパー化したのちコルゲート成
形法にて成形した繊維質ハニカムセラミックフィルター
等が提案されている。また、その製造方法としては、特
開昭６１−１９２３１９号公報に無機繊維を用いたハニ
カム構造体の製造方法が開示されている。

【０００３】これら最近のディーゼル排気ガスフィルタ
ーの中で、パーティキュレートの補集効率が９０％以上
で、フィルターによる排気ガスの圧力損失が少ないハニ
カム構造の繊維質フィルターが排気ガス中のパーティキ
ュレートを除去するフィルターとして有望視されてい
る。

【０００４】以下に従来の繊維質ハニカムフィルターに
ついて説明する。図３は従来の繊維質ハニカムフィルタ
ーの斜視図であり、図４はそのＡ−Ａ線断面図である。
１４は無機質からなる平板状無機シートとコルゲート状
無機シートを積層し次いで巻装し焼成してなる繊維質ハ
ニカムフィルター、１５，１６は各々繊維質ハニカムフ
ィルターの入口側及び出口側、１９，２０は各々入口
側、出口側に塗着し、栓状に形成された無機材料からな
るプラグ材である。繊維質ハニカムフィルター１４は、
多数のセルからなるハニカム構造を有し、その両端部
は、セラミックセメントのような気孔率の小さい材料
（プラグ材）で、それぞれの端部から１０mm前後の長さ
にて交互にそれぞれのセルを閉塞した構造からなってい
る。

【０００５】以上のように構成された従来の繊維質ハニ
カムフィルターについて、以下その動作を説明する。

【０００６】繊維質ハニカムフィルターの入口側、出口
側のプラグ材によって、セルは入口、出口の排気ガス通
路に分割され排気ガス中のパーティキュレートはセル壁
を通過するときに全量補集される。ディーゼルエンジン
を運転すると、徐々に前記フィルター内にパーティキュ
レートが堆積して、排気ガスの圧力損失が大きくなり、
エンジンの性能低下を誘因する。そこで、エンジン性能
を良好に保つために一定量のパーティキュレートが堆積
した時点で、堆積したパーティキュレートを焼却再生さ
せてフィルター機能を維持させる方法がとられている。
堆積したパーティキュレートの燃焼は、排気ガス中の熱
源やフィルターの前端部の位置に設けられた電気ヒータ
ーにて着火し、入口端部で燃焼が拡がりセル内を出口に
向かってパーティキュレートを燃焼し続け、フィルター
の再生を行うものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の繊維質ハニカムフィルターの構成では、パーティキュ
レートの補集部がセル毎に連続した通路となっているた
めディーゼルエンジンからのパーティキュレートが前記
フィルターに一定量堆積して焼却再生する場合、パーテ
ィキュレートの堆積量がセル毎に著しく異なるため、パ
ーティキュレートの量が少ないセルは未燃焼部分が出
来、次回のパーティキュレートの堆積時に基準量以上に
堆積し、焼却再生時に異常発熱を起こし、セルの破損、
クラックなどを惹起するという問題点があった。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、各セルの発熱量をセル間で緩和させ、焼却時の熱勾
配による熱歪等によりクラックやセル間剥離が発生する
のを防止し安定したパーティキュレートの補集・焼却再
生が可能な繊維質ハニカムフィルター及びクラックやセ
ル間剥離等を有効に防止し耐久性に優れ、かつ低原価で
量産性に適した繊維質ハニカムフィルターの製造方法を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の繊維質ハニカムフィルターは、平板状無機シ
ートとコルゲート状無機シートとを積層し巻装されたハ
ニカム構造体からなるディーゼルエンジン排ガス浄化用
繊維質ハニカムフィルターであって、各隣接セル間の少
なくとも出口側に正弦曲線的に配設されたプラグ材を備
えた構成からなり、本発明の繊維質ハニカムフィルター
の製造方法は、平板状無機シートをコルゲート状に加工
するコルゲート加工工程と、平板状無機シートにプラグ
材を付着する第１プラグ材付着工程と、前記第１プラグ
材付着工程で得られたプラグ材付着平板状無機シートの
プラグ材付着面を介して前記コルゲート加工工程で得ら
れたコルゲートシートを積層する工程と、前記工程で得
られた積層シートのコルゲート側にプラグ材を付着する
第２プラグ材付着工程と、前記工程でプラグ材を付着し
た積層シートを巻装するハニカム構造体形成工程と、前
記工程で得られたハニカム構造体を焼成する焼成工程
と、を有する繊維質ハニカムフィルターの製造方法であ
って、前記第１プラグ材付着工程及び／又は前記第２プ
ラグ材付着工程がプラグ材を正弦曲線的に付着させる工
程からなる構成を有している。

【００１０】ここで、平板状無機シートやコルゲート無
機シートはアルミナ−シリカ繊維等の耐熱性無機繊維状
物とセラミック原料粉末を主原料とし、これを水中に分
散させ凝集剤で凝集後抄紙機で抄造したセラミックシー
ト等からなる。プラグ材はセラミックセメント等の気孔
率の小さい無機物を主原料としたもので構成され、繊維
質ハニカムフィルターの中央部シートの始端部から巻周
に沿って正弦曲線的に配設されている。

【００１１】

【作用】この構成によって、ディーゼルエンジンから排
出されるパーティキュレートは繊維質ハニカムフィルタ
ーのセルに補集されるとともに、セルの補集部の長さが
連続的に異なるために、前記フィルターを再生する際未
燃焼部分へのパーティキュレートの堆積による異常発熱
を緩和し熱勾配を緩くすることができ、その結果フィル
ターのクラック、セルの剥離等を防止し耐久性を飛躍的
に向上させることができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１３】（実施例１）長さを２０mm以下に裁断した
アルミナ−シリカ繊維を３０重量部と、セラミック原料
粉末１６重量部を、水３０００重量部に分散させ、この
混合分散液にポリ酢酸ビニル等の有機バインダーを添加
した後、ポリアクリルアミド等の凝集剤で凝集させ、長
網式抄紙機で抄造してセラミックシートを作製した。得
られたセラミックシートを図１の繊維質ハニカムフィル
ターの製造装置を用いてコルゲート成形加工を行った。
図１において、８，９はセラミックシートで、シートの
幅以上あるコルゲート大ギャ１、コルゲート小ギャ２で
セラミックシート８をコルゲート状（波状）に加工す
る。コルゲート状無機シートに加工されたセラミックシ
ート８は、コルゲート大ギャ１に抱かれたまま糊ローラ
ー５によって、そのギャ形状に加工されたセラミックシ
ート８の頂部に耐火粘土を混入した接着材がローラー転
写法によって塗布される。一方、平板状無機シートを構
成するセラミックシート９はコルゲート状に加工された
セラミックシート８と張り合わせられる前に、流入ガス
のストッパーとしての出口プラグが形成される。プラグ
の形成法として搬送されてきたセラミックシート９をプ
ラグノズル１０からセラミックシート９上面に耐火粘土
を混入した流動性プラグ材を付着させる。尚、プラグノ
ズル１０はセラミックシート９の流れ方向に対して曲線
的に移動できるように配設され、出口側のセルを閉塞す
るプラグ材を正弦曲線的に付着出来るように配設した。
１２はセラミックシート９の上面に正弦曲線的に変化さ
せて塗着されたプラグ材である。圧着ローラー３により
コルゲート大ギャ１によって加工されたセラミックシー
ト８と、セラミックシート９の上面にプラグ材が付着さ
れた平板状無機シートが積層されて積層体コルゲートペ
ア１３となる。コルゲートペア１３は、糊ローラー６に
よってコルゲートペア１３の頂部に耐火粘土を混入した
接着材が塗布されるとともに、ガスの入口側のセルを閉
塞するプラグ材１７がプラグノズル１１からコルゲート
ペアの端部側（フィルター入口側）に付着されるととも
に、巻き上げ機（図示せず）によって製品寸法の形状に
ロール状態で巻き上げられる。巻き上げられた繊維質ハ
ニカムフィルターは、乾燥機にて乾燥した後、電気炉に
て略１２５０℃の温度にて２時間保持して焼成を行い耐
熱無機繊維とセラミック粉末をセラミック化し、繊維質
ハニカムフィルターとされる。

【００１４】次に上記実施例の製造方法で得られた繊維
質ハニカムフィルターについて、図面を参照しながら説
明する。

【００１５】図２は実施例１で製造された繊維質ハニカ
ムフィルターの縦断面図である。１４はロール状に形成
された繊維質ハニカムフィルター、１５，１６は繊維質
ハニカムフィルターの入口側及び出口側であり、これら
は従来例と同様なものなので同一の番号を付し説明を省
略する。

【００１６】１７は繊維質ハニカムフィルターの入口側
に一列に付着され出口側端部に対してランダム位置に形
成されたプラグ材、１８は繊維質ハニカムフィルターの
胴内部の中心部乃至外側にかけて正弦曲線的に付着され
たプラグ材である。

【００１７】以上のように構成された容量１７リットル
の繊維質ハニカムフィルターを用い次の焼却再生テスト
を行った。

【００１８】テストには金属性のケースを二個用意して
一つには本発明のフィルターを装着したものをつけ、片
方には再生中のフィルターが排気ガスの影響を受けない
ようにバイパスフィルターを形成させた後エンジンの排
気マニホールドに取りつけ焼却再生試験を行った。耐久
試験は、エンジン回転数１１５０ｒｐｍ、トルク１５kg
・ｍで、３０分間運転して、本発明の繊維質ハニカムフ
ィルターにパーティキュレートを堆積後、アイドリング
状態にして排気ガスをバイパスさせた後、電気ヒーター
を発熱させてパーティキュレートの燃焼を実施した。約
４分で繊維質ハニカムフィルターの入口端部が６２０℃
に上昇して、パーティキュレートに着火して順次繊維質
ハニカムフィルターの後部まで燃焼が伝わっていった。
再生は約２０分で終了し、ほとんどパーティキュレート
が残らなかった。上記パーティキュレートの補集−焼却
再生を１００回、２００回、５００回行い繊維質ハニカ
ムフィルターの出口側からでてくるガスをスモークテス
ターにて、測定してフィルターの性能を評価した。

【００１９】その結果を（表１）に示した。 （比較例１）図４の従来例の繊維質ハニカムフィルター
を用い、実施例１と同一の条件で補集・焼却再生試験を
行った。

【００２０】その結果を（表１）に示した。

【００２１】

【表１】

【００２２】この（表１）から明らかなように、本実施
例の繊維質ハニカムフィルターは焼却再生を行ってもパ
ーティキュレートの漏洩がなく、前記フィルターが再生
熱による劣化を受けないことが判る。それに比較して、
従来構造の繊維質ハニカムフィルターは２００回から一
部目視では確認出来ないレベルのスモークが出始める。
更には、５００回になるとはっきりと確認できる程のス
モークが検出された。それぞれ試験終了後に金属ケース
からフィルターを取り出して縦横に切断して、フィルタ
ーの内部構造を観察した。本実施例の繊維質ハニカムフ
ィルターはセルの剥離・クラック等が見られなかった。
他方従来のフィルターはセルの一部に剥離及び外周にク
ラックが見られ、外周クラックのライン上にパーティキ
ュレートの痕跡があった。これらの結果から判るよう
に、従来のフィルター構造では、ディーゼルエンジンか
ら排出される排気ガス中のパーティキュレートが漏洩
し、かつ、耐久性に欠けるといえるが本実施例のフィル
ターは高い補集率でかつ耐久性に著しく優れているとい
える。

【００２３】尚、プラグ材は一方のみを正弦曲線的に形
成したが両方ともに位相差９０°を有する正弦曲線状に
付着形成させたものでもよく、また、入口、出口側に直
線状のプラグ材をその中間に正弦曲線状のプラグ材を付
着させたものでもよい。特に後者は容量の大きいもの等
に用いるとよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明は、耐熱性無機繊維
状物とセラミック粉末を抄造してなるセラミックシート
にプラグ材を付着しコルゲート加工してなる繊維質ハニ
カムフィルターの製造方法であって、少なくとも１つの
プラグ材列が、前記フィルターの胴内部中央から外側に
かけて正弦曲線的にプラグ材を付着する工程からなる繊
維質ハニカムフィルターの製造方法、及び、正弦曲線的
に配設されたプラグ材を有する繊維質ハニカムフィルタ
ーとすることにより、ディーゼルエンジンから排出され
たパーティキュレートの補集時に、前記フィルターのセ
ルに段階的に堆積させ、その後焼却再生する場合、各セ
ルに堆積したパーティキュレート量が異なるので、各セ
ルの発熱量がセル間で緩和されて、前記フィルターのセ
ル間で急激な熱勾配が形成されないので、熱劣化による
クラック、セル剥離等をおこすことなく安定したパーテ
ィキュレートの補集・焼却再生が出来、かつ、プラグ材
がリブ効果を有するため機械的強度に優れ耐久性を著し
く改善するとともに、低原価で量産できる優れた繊維質
ハニカムフィルター及びその製造方法を実現できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の繊維質ハニカムフィルター
の製造工程の概略図

【図２】本実施例の繊維質ハニカムフィルターの縦断面
図

【図３】従来の繊維質ハニカムフィルターの斜視図

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図

【符号の説明】

１ コルゲート大ギャ ２ コルゲート小ギャ ３ 圧着ローラー ４ シート押さえゴムベルト ５ 糊ローラー ６ 糊ローラー ７ 出口側プラグノズル移動シャフト ８ セラミックシート ９ セラミックシート １０ 出口側プラグ付与プラグノズル １１ 入口側プラグ付与プラグノズル １２ 出口側正弦曲線プラグ状態 １３ コルゲートペア １４ 繊維質ハニカムフィルター １５ 繊維質ハニカムフィルターの入口側 １６ 繊維質ハニカムフィルターの出口側 １７，１９ 繊維質ハニカムフィルターの入口側プラグ
材 １８，２０ 繊維質ハニカムフィルターの出口側プラグ
材

フロントページの続き (72)発明者 和田 信二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 池田 幸則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐々木 勝美 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状無機シートとコルゲート状無機シー
   トとを積層し巻装したハニカム構造体からなるディーゼ
   ルエンジン排ガス浄化用の繊維質ハニカムフィルターで
   あって、各隣接セル間の少なくとも出口側に正弦曲線的
   に配設されたプラグ材を備えたことを特徴とする繊維質
   ハニカムフィルター。
2. 【請求項２】平板状無機シートをコルゲート状に加工す
   るコルゲート加工工程と、平板状無機シートにプラグ材
   を付着する第１プラグ材付着工程と、前記第１プラグ材
   付着工程で得られたプラグ材付着平板状無機シートのプ
   ラグ材付着面を介して前記コルゲート加工工程で得られ
   たコルゲートシートを積層する工程と、前記工程で得ら
   れた積層シートのコルゲート側にプラグ材を付着する第
   ２プラグ材付着工程と、前記工程でプラグ材を付着した
   積層シートを巻装するハニカム構造体形成工程と、前記
   工程で得られたハニカム構造体を焼成する焼成工程と、
   を有する繊維質ハニカムフィルターの製造方法であっ
   て、前記第１プラグ材付着工程及び／又は前記第２プラ
   グ材付着工程がプラグ材を正弦曲線的に付着させる工程
   からなることを特徴とする繊維質ハニカムフィルターの
   製造方法。