(57)【要約】【課題】効率よくプラズマを発生させることができるハニカムフィルタ、及びその製造方法を提供する。【解決手段】本開示のハニカムフィルタは、排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタである。内壁を挟んで対向するように、一対の導電性層が内壁の両面側に配置されている。また、一対の導電性層のうち一方は、外部電源の一方の極と電気的に接続するための接続領域を有しており、かつ一対の導電性層のうち他方は、外部電源の他方の極と電気的に接続又は接地するための接続領域を有している。【選択図】図１
2020148147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタであって、
前記内壁を挟んで対向するように、一対の導電性層が前記内壁の両面側に配置されており、
一対の前記導電性層のうち一方は、外部電源の一方の極と電気的に接続するための接続領域を有しており、かつ
一対の前記導電性層のうち他方は、外部電源の他方の極と電気的に接続又は接地するための接続領域を有している、
ハニカムフィルタ。
【請求項２】
外部電源と電気的に接続するための一対の端子を更に有しており、
一対の前記導電性層のうち一方が有している前記接続領域は、一対の前記端子のうち一方と電気的に接続されており、
一対の前記導電性層のうち他方が有している前記接続領域は、一対の前記端子のうち他方と、電気的に接続されている、
請求項１に記載のハニカムフィルタ。
【請求項３】
一対の前記端子が、前記ハニカムフィルタの排ガス流入側端部及び排ガス流出側端部に配置されている、一対の導電性メッシュである、請求項２に記載のハニカムフィルタ。
【請求項４】
前記導電性層が、排ガス中の成分を浄化する触媒を含有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
【請求項５】
前記導電性層の面の少なくとも一方の側に、排ガス中の成分を浄化する触媒層を有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
【請求項６】
前記内壁が内部に排ガス中の成分を浄化する触媒を含有している、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
【請求項７】
前記導電性層が、導電性粒子を含有している、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
【請求項８】
前記導電性粒子が、酸化銀、酸化亜鉛、酸化スズ、及びこれらをのうち少なくとも一つを含有している導電性の複合酸化物、並びに導電性ペロブスカイト型金属酸化物から選択される材料の粒子である、請求項７に記載のハニカムフィルタ。
【請求項９】
前記導電性ペロブスカイト型金属酸化物が、Ｌａ、Ｓｒ、及びＭｎを含有しているペロブスカイト型金属酸化物である、請求項８に記載のハニカムフィルタ。
【請求項１０】
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタの製造方法であって、
（Ａ）多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の前記内壁に樹脂を含浸させること、
（Ｂ）前記内壁に含浸している前記樹脂を固化させること、
（Ｃ）前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分を導電性粒子でウォッシュコートし、又は導電性材料で無電解メッキして、前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成すること、及び
（Ｄ）前記内壁から前記樹脂を除去すること、
をこの順に含む、ハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１１】
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタの製造方法であって、
（Ａ’）多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の内壁の両面を、高アスペクト比の粒子でコーティングすること、及び
（Ｂ'）前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分を導電性粒子でウォッシュコートして、前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成すること、
をこの順に含む、ハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１２】
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタの製造方法であって、
多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の内壁の両面の少なくとも一部を、高アスペクト比の粒子、及び導電性粒子の混合物でウォッシュコートして、前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成すること、
を含む、ハニカムフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼルエンジンによって燃料を燃焼させることにより発生する排ガスは、ＮＯｘ、ＣＯ、及びＣＨに加えてパティキュレートを含有している。そして、排ガス中のこれらの成分を浄化するために、通常は、内燃機関の下流の排気管中に、排ガス浄化装置が配置されている。
【０００３】
内燃機関の下流に配置される排ガス浄化装置の排ガス浄化性能を向上させるために、プラズマを利用することが知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、パティキュレートを捕集するための金属フィルタと、金属フィルタに対しほぼ一様な間隔で対峙するように電極を配置し、電極と金属フィルタとに対して放電に必要な電圧を印加し得るように構成した排ガス浄化装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４６８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、プラズマを利用して排ガス成分を浄化する、排ガス浄化装置が知られている。
【０００７】
排ガス浄化装置にプラズマを発生させる方法としては、例えば排ガス浄化装置が有するハニカムフィルタに配置した一対の電極に電圧を印加して、一対の電極の間にプラズマを発生させることが考えられる。このような方法によってプラズマを発生させる場合、一対の電極に印加する必要がある電圧は、一対の電極間の距離が大きいほど高くなり、電力効率が低下する。また、一対の電極間で、例えばコロナ放電やストリーマ放電によってプラズマを発生させる場合、プラズマの発生は局所的となりうる。
【０００８】
本開示者らは、更に効率よくプラズマを発生させることができるハニカムフィルタを検討した。
【０００９】
本開示は、効率よくプラズマを発生させることができるハニカムフィルタ、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示者は、以下の手段により上記課題を達成することができることを見出した：
《態様１》
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタであって、
前記内壁を挟んで対向するように、一対の導電性層が前記内壁の両面側に配置されており、
一対の前記導電性層のうち一方は、外部電源の一方の極と電気的に接続するための接続領域を有しており、かつ
一対の前記導電性層のうち他方は、外部電源の他方の極と電気的に接続又は接地するための接続領域を有している、
ハニカムフィルタ。
《態様２》
外部電源と電気的に接続するための一対の端子を更に有しており、
一対の前記導電性層のうち一方が有している前記接続領域は、一対の前記端子のうち一方と電気的に接続されており、
一対の前記導電性層のうち他方が有している前記接続領域は、一対の前記端子のうち他方と、電気的に接続されている、
態様１に記載のハニカムフィルタ。
《態様３》
一対の前記端子が、前記ハニカムフィルタの排ガス流入側端部及び排ガス流出側端部に配置されている、一対の導電性メッシュである、態様２に記載のハニカムフィルタ。
《態様４》
前記導電性層が、排ガス中の成分を浄化する触媒を含有している、態様１〜３のいずれか一つに記載のハニカムフィルタ。
《態様５》
前記導電性層の面の少なくとも一方の側に、排ガス中の成分を浄化する触媒層を有している、態様１〜４のいずれか一つに記載のハニカムフィルタ。
《態様６》
前記内壁が内部に排ガス中の成分を浄化する触媒を含有している、態様１〜５のいずれか一つに記載のハニカムフィルタ。
《態様７》
前記導電性層が、導電性粒子を含有している、態様１〜６のいずれか一つに記載のハニカムフィルタ。
《態様８》
前記導電性粒子が、酸化銀、酸化亜鉛、酸化スズ、及びこれらをのうち少なくとも一つを含有している導電性の複合酸化物、並びに導電性ペロブスカイト型金属酸化物から選択される材料の粒子である、態様７に記載のハニカムフィルタ。
《態様９》
前記導電性ペロブスカイト型金属酸化物が、Ｌａ、Ｓｒ、及びＭｎを含有しているペロブスカイト型金属酸化物である、態様８に記載のハニカムフィルタ。
《態様１０》
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタの製造方法であって、
（Ａ）多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の前記内壁に樹脂を含浸させること、
（Ｂ）前記内壁に含浸している前記樹脂を固化させること、
（Ｃ）前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分を導電性粒子でウォッシュコートし、又は導電性材料で無電解メッキして、前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成すること、及び
（Ｄ）前記内壁から前記樹脂を除去すること、
をこの順に含む、ハニカムフィルタの製造方法。
《態様１１》
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタの製造方法であって、
（Ａ’）多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の内壁の両面を、高アスペクト比の粒子でコーティングすること、及び
（Ｂ'）前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分を導電性粒子でウォッシュコートして、前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成すること、
をこの順に含む、ハニカムフィルタの製造方法。
《態様１２》
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタの製造方法であって、
多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の内壁の両面の少なくとも一部を、高アスペクト比の粒子、及び導電性粒子の混合物でウォッシュコートして、前記内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成すること、
を含む、ハニカムフィルタの製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、プラズマを発生させることができるハニカムフィルタ、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示の一つの実施形態に従うハニカムフィルタの模式図である。
【図２】図２は、本開示の一つの実施形態に従うハニカムフィルタの内壁周辺部分の模式図である。
【図３】図３は、図２のＸの部分の拡大図である。
【図４】図４は、本開示の一つの実施形態に従うハニカムフィルタを有する排ガス浄化システムの一例の模式図である。
【図５】図５は、本開示の一つの実施形態に従うハニカムフィルタの製造方法の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。
【００１４】
《ハニカムフィルタ》
本開示のハニカムフィルタは、排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタである。このようなフィルタは、ウォールフロー型ハニカムとも言及される。
【００１５】
本開示のハニカムフィルタにおいて、内壁を挟んで対向するように、一対の導電性層が内壁の両面側に配置されている。また、一対の導電性層のうち一方は、外部電源の一方の極と電気的に接続するための接続領域を有しており、かつ一対の導電性層のうち他方は、外部電源の他方の極と電気的に接続又は接地するための接続領域を有している。
【００１６】
図１は、本開示の一つの実施形態に従うハニカムフィルタの模式図である。なお、図１において、白い矢印及び黒い矢印は、排ガスの流れを示している。
【００１７】
図１に示すハニカムフィルタ１０は、排ガスが内壁を通過する構造を有している。ハニカムフィルタ１０は、排ガス流入側のセル１５及び排ガス流出側のセル１６を有している。ここで、排ガス流入側のセル１５は、排ガス流入側端部が開口しており、かつ排ガス流出側端部が閉口している。また、排ガス流出側のセル１６は、排ガス流出側端部が開口しており、かつ排ガス流入側端部が閉口している。
【００１８】
また、図１に示すハニカムフィルタ１０において、内壁１２は、排ガス流入側の導電性層１３及び排ガス流出側の導電性層１４によって挟まれている。
【００１９】
図２は、本開示の一つの実施形態に従うハニカムフィルタの内壁周辺部分１０ａの模式図である。図２において、黒い矢印は、排ガスの流れを示している。
【００２０】
図２に示すように、排ガス流入側の導電性層１３は、外部電源の一方の極と電気的に接続するための接続領域１３ａを有している。また、排ガス流出側の導電性層１４は、外部電源の一方の極と電気的に接続するための接続領域１４ａを有している。
【００２１】
図３は、図２のＸの部分の拡大図である。図３において、黒い矢印は、排ガスの流れを示している。
【００２２】
図３に示すように、ハニカムフィルタ１０の内壁１２は、誘電体１２ａ及び誘電体１２ａの間の細孔を有している。ハニカムフィルタ１０を通過する排ガスは、誘電体１２ａの間の細孔を通って排ガス流入側から排ガス流出側に流れる。
【００２３】
また、ハニカムフィルタ１０の内壁１２の両面には、排ガス流入側の導電性層１３及び排ガス流出側の導電性層１４が配置されているため、これらの導電性層に電圧をかけることにより、ハニカムフィルタ１０の内壁１２の内部にプラズマを発生させることができる。
【００２４】
なお、図１〜３は、本開示のハニカムフィルタを限定する趣旨ではない。
【００２５】
原理によって限定されるものではないが、本開示のハニカムフィルタにおいて、効率よくプラズマを発生させることができる原理は、以下のとおりである。
【００２６】
本開示のハニカムフィルタは、内壁を挟んで対向するように、一対の導電性層が内壁の両面側に配置されている。そして、一対の導電性層のうち一方は、外部電源の一方の極と電気的に接続するための接続領域を有しており、かつ一対の導電性層のうち他方は、外部電源の他方の極と電気的に接続又は接地するための接続領域を有している。
【００２７】
そのため、本開示のハニカムフィルタの一対の導電性層の接続領域に外部電源を接続して電圧を印加することにより、ハニカムフィルタの内壁の内部に均一にプラズマを発生させることができる。
【００２８】
ここで、ハニカムフィルタの内壁は、多孔質の誘電体から形成されている。そのため、本開示のハニカムフィルタの一対の導電性層にプラズマを発生させるのに十分な電圧を印加した場合、ハニカムフィルタの内壁を構成している誘電体の表面に誘電体バリア放電が起こり、誘電体の周囲にプラズマが発生する。これにより、ハニカムフィルタの内壁の内部に均一にプラズマを発生させることができる。
【００２９】
また、一対の電極に電圧を印加してプラズマを発生させる場合、必要な電圧は、一対の電極間の距離に比例すると考えらえる。
【００３０】
この点について、本開示のハニカムフィルタでは、一対の導電性層間の距離をハニカムフィルタの内壁の厚さ程度にすることができるため、プラズマを発生させるために必要な作動電位を低下させることができ、電力効率を向上させることができる。
【００３１】
したがって、本開示のハニカムフィルタは、効率よくプラズマを発生させることができる。
【００３２】
ハニカムフィルタは、排ガス流入側に開口部を有している排ガス流入側セルと、排ガス流出側に開口部を有している排ガス流出側セルが、内壁によって区画された形状を有していることができる。
【００３３】
セルの、排ガスがハニカムフィルタに流入する方向に直交する方向の断面形状は、特に限定されないが、例えば円形又は多角形であってよい。この断面形状は、排ガスと内壁との接触面積を増加させる観点から、４〜８角形であってよい。
【００３４】
セルの形成密度は、特に限定されないが、例えば１ｃｍ２あたり５０〜２００個であってよい。セルの形成密度は、１ｃｍ２あたり５０個以上、７０個以上、９０個以上、又は１００個以上であってよく、２００個以下、１５０個以下、１３０個以下、又は１００個以下であってよい。
【００３５】
排ガス流入側セルと排ガス流出側セルとは、少なくとも一部の排ガス流入側セルと少なくとも一部の排ガス流出側セルとが内壁を隔てて隣り合うように配列されていればよく、その分布及び配列は特に限定されない。また、排ガス流入側セルと排ガス流出側セルとの比率は等しくてよく、又はいずれか一方が他方よりも多くてよい。
【００３６】
〈内壁〉
本開示のハニカムフィルタの内壁は、排ガスが内壁を通過するようにされている。また、一対の導電性層が、内壁を挟んで対向するように、内壁の両面側に配置されている。
【００３７】
内壁は、内部に排ガス中の成分を浄化する触媒を含有しているのが好ましい。一対の導電性層に電圧を印加して内壁の内部にプラズマを発生させることにより、内壁の内部を通過する排ガスを、プラズマの影響下で、触媒によって浄化することができるため、効率よく排ガスを浄化することができるためである。この場合、触媒は、内壁の細孔の内部に配置されていることができる。
【００３８】
排ガス中の成分を浄化する触媒としては、例えばアルミナ、セリア、又はジルコニア等の金属酸化物担体にＰｔ、Ｒｈ、及びＰｄ等の貴金属が担持されている触媒を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００３９】
内壁の厚さは、ハニカムフィルタの排ガス流入側から排ガス流出側に排ガスが流通することができ、かつハニカムフィルタの使用時等において、ハニカムフィルタが破損しない程度の強度を確保することができる厚さであれば特に限定されない。
【００４０】
内壁の厚さは、１００μｍ以上、１０００μｍ以下であってよい。内壁の厚さは、１００μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、４００μｍ以上、又は５００μｍ以上であってよく、１０００μｍ以下、８００μｍ以下、６００μｍ以下、又は５００μｍ以下であってよい。
【００４１】
内壁の厚さが一定以下である場合には、内壁の両面側に配置されている一対の導電性層間の距離が短くなり、より低い作動電位で内壁中にプラズマを発生させることができる。また、内壁の厚さが一定以上である場合には、内壁の内部を通過する排ガス、又は排ガスを分解する成分、例えばＯ２等がプラズマによって活性化される機会が増加し、よりハニカムフィルタの排ガス浄化性能を向上させることができる。
【００４２】
内壁は貫通孔を有している多孔質であり、その平均細孔径及び空孔率は、排ガス中のパティキュレートを流入側セルの表面で捕捉しつつ、排ガスを通過させることができれば特に限定されない。
【００４３】
平均細孔径は、例えば０．５μｍ以上、５０．０μｍ以下であってよい。平均細孔径は、０．５μｍ以上、１．０μｍ以上、５．０μｍ以上、又は１０．０μｍ以上であってよく、５０．０μｍ以下、３０．０μｍ以下、２０．０μｍ以下、又は１０．０μｍ以下であってよい。
【００４４】
内壁の空孔率は、２０％以上、８０％以下であってよい。空孔率は、２０％以上、３０％以上、４０％以上、又は５０％以上であってよく、８０％以下、７０％以下、６０％以下、又は５０％以下であってよい。
【００４５】
平均細孔径及び／又は空孔率が一定以下である場合には、流入側セルの表面においてパティキュレートをより補足しやすくすることができる。また、平均細孔径及び／又は空孔率が一定以上である場合には、パティキュレートが流入側セルの表面に堆積することによる圧力損失を低減することができる。
【００４６】
〈導電性層〉
本開示のハニカムフィルタが有している一対の導電性層のうち一方は、外部電源の一方の極と電気的に接続するための接続領域を有しており、かつ一対の導電性層のうち他方は、外部電源の他方の極と電気的に接続又は接地するための接続領域を有している。
【００４７】
導電性層は、ハニカムフィルタの内壁の表面に直接的に又は間接的に配置されていてよい。また、導電性層は、ハニカムフィルタの内壁の一部又は全体にわたって配置されていてよい。
【００４８】
導電性層の材料は、ハニカムフィルタの使用条件下において導電性を有する材料であれば特に限定されないが、ハニカムフィルタは使用時に高温に加熱される場合があることから、酸化状態において導電性を有する材料、又はハニカムフィルタの使用条件下において酸化されにくい材料が好ましい。
【００４９】
導電性層の材料としては、例えば、導電性金属酸化物、及び導電性ペロブスカイト型金属酸化物等の導電性セラミクス、並びに貴金属であってよい。導電性金属酸化物としては、例えば、酸化銀、酸化亜鉛、酸化スズ、若しくはこれらを含有している導電性の複合酸化物を挙げることができる。また、導電性ペロブスカイト型金属酸化物としては、例えばＬａ、Ｓｒ、及びＭｎを含有しているペロブスカイト型金属酸化物を挙げることができる。また、貴金属としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、及びＰｄ等を挙げることができる。
【００５０】
導電性層は、これらの導電性の材料からなる導電性粒子を含有していることが好ましい。なお導電性粒子の平均粒子径は、ハニカムフィルタの平均細孔径よりも大きいことが好ましい。
【００５１】
導電性粒子のうち、Ｌａ、Ｓｒ、及びＭｎを含有しているペロブスカイト型金属酸化物は、導電性を有するのみでなく、ＮＯｘ浄化触媒としても機能し得る点で好ましい。
【００５２】
導電性層は、更に、排ガス中の成分を浄化する触媒を含有しているのが好ましい。導電性層は、プラズマが発生する領域に近接している。したがって、一対の導電性層に電圧を印加して内壁の内部にプラズマを発生させることにより、内壁の内部を通過した排ガスを、プラズマの影響下で、触媒によって浄化することができるため、効率よく排ガスを浄化することができる。
【００５３】
導電性層の材料は、導電性及び排ガス浄化性能を共に有していてよい。
【００５４】
（接続領域）
導電性層は、外部電源と電気的に接続するための接続領域を有している。
【００５５】
ここで、２つの物体が「電気的に接続」されているとは、２つの物体に電流を流すことができるように接続されていることを意味し、２つの物体が、直接又は導電性の部材等を介して間接的に接続されていてもよい。
【００５６】
接続領域の位置は、外部電源の極と電気的に接続又は接地することができる位置であれば特に限定されない。例えば、排ガス流入側の導電性層の接続領域は、ハニカムフィルタの排ガス流入側端部に位置していてよく、また、排ガス流出側の導電性層の接続領域は、ハニカムフィルタの排ガス流出側端部に位置していてよい。また、接続領域の形状は、外部電源の極と電気的に接続又は接地することができる形状であれば特に限定されない。
【００５７】
（端子）
本開示のハニカムフィルタは、外部電源と電気的に接続するための一対の端子を更に有していてよく、接続領域は、端子を介して外部電源の極と電気的に接続又は接地されていてよい。
【００５８】
すなわち、外部電源と電気的に接続又は接地するための一対の端子を更に有していてよく、一対の導電性層のうち一方が有している接続領域が、一対の端子のうち一方と電気的に接続されており、かつ一対の導電性層のうち他方が有している接続領域が、一対の端子のうち他方と、電気的に接続又は接地されていてよい。
【００５９】
端子が配置される位置は、接続領域と外部電源の極とを電気的に接続、又は接続領域を接地することができる任意の位置であってよい。例えば、端子はハニカムフィルタの排ガス流入側端部及び排ガス流出側端部に配置されていてよい。
【００６０】
端子の形状は、接続領域と外部電源の極とを電気的に接続、又は接続領域を接地することができる任意の形状であってよい。例えば、端子は箔上、板状、導線状、又はメッシュ状であってよい。
【００６１】
一対の端子は、ハニカムフィルタの排ガス流入側端部及び排ガス流出側端部に配置されている、一対の導電性メッシュであることが好ましい。一対の端子がこのような形状を有していることにより、各内壁の両面側に配置されている導電性層が、排ガス流入側端部の接続領域又は排ガス流出側端部の接続領域において、端子と電気的に接続することができる。また、端子がメッシュ状の為、排ガス流入側端部及び排ガス流出側端部に配置しても、ハニカムフィルタへの排ガスの流入及び流出が可能である。また、ハニカムフィルタを製造した後に、その排ガス流入側端部及び排ガス流出側端部に導電性メッシュを配置すればよく、製造が容易である。
【００６２】
端子の材料は、接続領域と外部電源の極とを電気的に接続することができる任意の材料であってよく、例えば導電性を有する材料であってよい。より具体的には、端子の材料は、ＳＵＳ、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等であってよい。また、端子の材料は、導電性層に関して記載した材料であってよい。
【００６３】
（外部電源）
接続領域に接続される外部電源としては、一対の導電性層に、ハニカムフィルタの内壁の内部にプラズマを発生させるために必要な電圧を印加することができれば特に限定されない。このような外部電源としては、例えば交流電源を挙げることができる。
【００６４】
内壁の内部にプラズマを発生させるために必要な電圧は、ハニカムフィルタの内壁と同じ材質、設計上の厚さを有している材料の両面に導電性の板、例えば金属板を配置して外部電源に接続して電圧を印加することにより、材料にプラズマが発生するために必要な電圧を実験的に求めることができる。
【００６５】
〈触媒層〉
本開示のハニカムフィルタは、導電性層の面の少なくとも一方の側に、排ガス中の成分を浄化する触媒層を有していてよい。すなわち、触媒層、導電性層、及び内壁は、この順に、又は導電性層、触媒層、及び内壁の順に配置されていてよい。
【００６６】
触媒層は、排ガス流入側の導電性層の面の少なくとも一方の側、及び／又は排ガス流出側の導電性層の面の少なくとも一方の側に配置されていてよい。
【００６７】
触媒層は、排ガス中の成分を浄化することができる触媒を含有している層であってよい。触媒層が含有していることができる触媒は、例えば上記の導電性層に関して記載した触媒を挙げることができるが、これに限定されない。
【００６８】
触媒層は、導電性層と内壁との間に配置されていることが好ましい。導電性層と内壁との間は、プラズマが発生する領域に近接している。したがって、一対の導電性層に電圧を印加して内壁の内部にプラズマを発生させることにより、内壁の内部を通過した排ガスを、プラズマの影響下で、触媒によって浄化することができるため、効率よく排ガスを浄化することができる。
【００６９】
《排ガス浄化システム》
本開示のハニカムフィルタは、例えば排ガス浄化システムに組み込むことができる。
【００７０】
このような排ガス浄化システムは、例えば内燃機関、ハニカムフィルタ、及び外部電源を有しており、内燃機関とハニカムフィルタの排ガス流入側端部は、第１の流路によって連通されており、外部電源は、ハニカムフィルタに電気的に接続されていることができる。また、ハニカムフィルタの排ガス流出側端部は、排ガスを排ガス浄化システムの外部に排出するための第２の流路に接続されていることができる。また、外部電源とハニカムフィルタとの接続は、ハニカムフィルタの導電性層、接続領域、及び外部電源に関する記載を参照することができる。なお、内燃機関はガソリンエンジン又はディーゼルエンジン、特にディーゼルエンジンであってよい。
【００７１】
図４は、本開示の一つの実施形態に従うハニカムフィルタを有する排ガス浄化システムの一例の模式図である。
【００７２】
図４に示すように、本開示の一つの実施形態に従うハニカムフィルタを有する排ガス浄化システム１００は、内燃機関３０、ハニカムフィルタ１０、及び外部電源２０を有している。内燃機関３０とハニカムフィルタ１０の排ガス流入側端部は、第１の流路４３によって連通されており、外部電源２０は、ハニカムフィルタ１０に電気的に接続されていることができる。また、ハニカムフィルタ１０の排ガス流出側端部は、排ガスを排ガス浄化システム１００の外部に排出するための第２の流路４５に接続されている。
【００７３】
なお、図４は、本開示の排ガス浄化システムを限定する趣旨ではない。
【００７４】
《ハニカムフィルタの製造方法》
本開示のハニカムフィルタは、例えば以下の第１〜第３の製造方法のうち一つによって製造することができる。
【００７５】
〈第１の製造方法〉
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタを製造する本開示の第１の製造方法は、以下の工程Ａ〜Ｄをこの順に有している：
（Ａ）多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の内壁に樹脂を含浸させること、
（Ｂ）内壁に含浸している樹脂を固化させること、
（Ｃ）内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分を導電性粒子でウォッシュコートし、又は導電性材料で無電解メッキして、内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成すること、及び
（Ｄ）樹脂を内壁から樹脂を除去すること。
【００７６】
図５は、本開示の一つの実施形態に従うハニカムフィルタの製造方法の模式図である。
【００７７】
まず、図５（ａ）に示すように、ハニカム構造体１をもたらす。このハニカム構造体１は多孔質であり、内壁１２は、誘電体１２ａとその間の細孔を有している。
【００７８】
そして、図５（ｂ）に示すように、工程Ａでは、ハニカム構造体１を液状の樹脂３００に浸漬して、内壁１２に樹脂を含浸させる。ここで、樹脂は内壁１２中の誘電体１２ａの間の細孔内部に入り込んでいる。
【００７９】
次いで、図５（ｃ）に示すように、工程Ｂでは、ハニカム構造体１を液状の樹脂３００から取り出して乾燥させることによって、内壁１２に含浸している樹脂を固化する。
【００８０】
次いで、図５（ｄ）に示すように、工程Ｃでは、内壁１２の両面を導電性材料でウォッシュコートしている。これにより、ハニカムフィルタの内壁の両面側に導電性層１３及び１４が形成される。なお、ハニカム構造体１の内壁１２の細孔には固化された樹脂が充填されているため、導電性材料が内壁１２の内部に含浸することが抑制されている。
【００８１】
最後に、図５（ｅ）に示すように、工程Ｄでは、ハニカム構造体を焼成して、内壁１２から樹脂を除去する。
【００８２】
なお、図５は、本開示の製造方法を限定する趣旨ではない。
【００８３】
ハニカムフィルタの内壁の両面側に導電性層を形成するためには、例えばウォッシュコート及び無電解メッキ等の方法を用いることが考えられる。しかしながら、ハニカムフィルタは多孔質であるため、これらの方法によって層を形成した場合、導電性材料が内壁の内部に含浸すると考えられる。特に、内壁が有する貫通孔に導電性材料が含浸した場合、ハニカムフィルタの内壁の両面側に配置される導電性層の間で絶縁破壊が起こり、内壁の内部にプラズマを発生させることが困難となると考えられる。
【００８４】
この点について、本開示の方法では、工程Ａによってハニカムフィルタの内壁に樹脂を含侵させ、工程Ｂによってこれを固化している。そのため、工程Ｃにおけるウォッシュコート又は無電解メッキの際には、内壁の細孔に樹脂が充填されているため、導電性材料が内壁の内部に含浸することを抑制することができる。これにより、ハニカムフィルタの内壁の両面側に配置される導電性層の間における絶縁破壊を抑制することができる。更に、工程Ｄにおいて、樹脂を焼成することによって内壁から除去するため、内壁の通気性を確保することができる。
【００８５】
これにより、ハニカムフィルタの内壁の両面側に導電性層を配置させつつ、排ガスの通気性を確保することができる。
【００８６】
(工程Ａ）
工程Ａは、多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の内壁に樹脂を含浸させる工程である。
【００８７】
樹脂のハニカム構造体の内壁への含浸は、例えば液状の樹脂にハニカム構造体全体を浸漬することにより行うことができるが、この方法に限定されない。樹脂は、内壁の細孔の７０％以上、８０％以上、又は９０％以上まで含浸させてよく、９５％以上含浸させるのが好ましい。樹脂の内壁への含浸率が大きい程、引き続く工程Ｂの後に、ハニカム構造体の内壁の一方面側から他方面側に連通する連通口が形成されにくいためである。
【００８８】
なお、ハニカムフィルタの内壁の細孔の内部に触媒を配置する場合には、工程Ａの前にハニカムフィルタの内壁の細孔の内部に触媒を導入させてもよい。細孔の内部に触媒を導入させる方法としては、例えばウォッシュコート又は無電解メッキにより行ってもよい。
【００８９】
ハニカム構造体は、多孔質の誘電体から形成されている。ハニカム構造体は、一方端部が開口しており、かつ他方端部が閉口しているセルと、一方端部が閉口しており、かつ他方端部が開口しているセルを有している。すなわち、ハニカム構造体は、ウォールフロー型のハニカムフィルタの骨格を有している。
【００９０】
このようなハニカム構造体は、例えば、ハニカム構造体の材料のペーストを、複数のセル通路を有するフィルタ形状に押し出し成型して焼成し、その後、複数のセルのうち一部のセルの一方端部をハニカム構造体の材料のペーストで目詰めし、残りのセルの他方端部をハニカム構造体の材料のペーストで目詰めすることによって、製造することができる。
【００９１】
樹脂は、液状にしてハニカム構造体の内壁に含浸させることができること、固化できること、及び焼成によって内壁の内部から除去できることを満たす任意の樹脂を用いることができる。このような樹脂は、例えば水溶性アクリル樹脂若しくは水溶性ポリエチレンオキシドのような水溶性の樹脂の溶液、又はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の液体を挙げることができるが、これに限定されない。
【００９２】
（工程Ｂ）
工程Ｂは、内壁に含浸している樹脂を固化させる工程である。
【００９３】
樹脂を固化させる方法は特に限定されないが、例えば樹脂を加熱及び／又は乾燥させることにより行うことができる。樹脂を固化した後のハニカム構造体の内壁は、内壁の一方面側から他方面側に連通する連通口を有していないことが好ましい。
【００９４】
工程Ｂの後、すなわち樹脂を固化した後のハニカム構造体の内壁がこのような連通口を有している場合には、引き続く工程Ｃにおいて、導電性材料がハニカム構造体の内壁に含浸して内壁の一方面側から他方面側に連通することを抑制する観点から、工程Ａ及び工程Ｂを再度行ってもよい。
【００９５】
なお、工程Ｂの後にハニカム構造体の内壁がこのような連通口を有しているか否かは、ハニカム構造体の一方端部側からガスを流入させ、他方端部側にガスが流出するか否かにより、容易に確認することができる。
【００９６】
（工程Ｃ）
工程Ｃは、内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分を導電性粒子でウォッシュコート又は導電性材料で無電解メッキして、内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成する工程である。
【００９７】
ウォッシュコート及び無電解メッキは、公知の方法により行うことができる。
【００９８】
（工程Ｄ）
工程Ｄは、内壁から樹脂を除去する工程である。
【００９９】
樹脂の内壁からの除去は、樹脂を液化し、気化し、又は燃焼させること等によって行うことができる。
【０１００】
〈第２の製造方法〉
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタを製造する本開示の第２の製造方法は、以下の工程Ａ’及びＢ’をこの順に有している：
（Ａ’）多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の内壁の両面を、高アスペクト比の粒子でコーティングすること、及び
（Ｂ'）内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分を導電性粒子でウォッシュコートして、内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成すること。
【０１０１】
（工程Ａ’）
工程Ａ’は、多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の内壁の両面を、高アスペクト比の粒子でコーティングする工程である。
【０１０２】
ハニカム構造体の内壁の両面を、かつ高アスペクト比の粒子でコーティングすることにより、細孔の内壁の表面における開口部分の一部を覆い、工程Ｂ’において、導電性粒子が細孔内に入り込むことを抑制することができる。
【０１０３】
ハニカム構造体の内壁の両面を、高アスペクト比の粒子でコーティングする方法としては、例えばハニカム構造体の内壁の両面を、このような粒子でウォッシュコートすることが挙げられるが、これに限定されない。
【０１０４】
高アスペクト比の粒子としては、例えばβアルミナの粒子を挙げることができるが、これに限定されない。なお、本開示において、「高アスペクト比を有する」粒子とは、短径に比して長径が特に大きい、すなわち大きいアスペクト比を有する粒子を意味している。
【０１０５】
例えば、アスペクト比は、５．０以上、３００．０以下であってよい。アスペクト比は、５．０以上、１０．０以上、２５．０以上、又は５０．０以上であってよく、３００．０以下、２００．０以下、１００．０以下、又は５０．０以下であってよい。
【０１０６】
絶縁性を有し、かつ高アスペクト比を有する粒子としては、例えば針状又はロッド状の粒子、より具体的にはこのような形状を有するβアルミナを挙げることができるが、これに限定されない。
【０１０７】
（工程Ｂ’）
工程Ｂ’は、上記の第１の製造方法の工程Ｃに関する記載を参照することができる。
【０１０８】
〈第３の製造方法〉
排ガスが内壁を通過するようにされているハニカムフィルタを製造する本開示の第３の製造方法は、多孔質の内壁を有しているハニカム構造体の内壁の両面の少なくとも一部を、高アスペクト比の粒子、及び導電性粒子の混合物でウォッシュコートして、内壁の両面のそれぞれ少なくとも一部分に導電性層を形成することを含む。
【０１０９】
高アスペクト比の粒子は、上記の第2の製造方法の、高アスペクト比の粒子に関する記載を参照することができる。
【０１１０】
また、ウォッシュコートは、公知の方法で行うことができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１    ハニカム構造体
１０    ハニカムフィルタ
１０ａ    ハニカムフィルタの内壁周辺部分
１２    内壁
１２ａ    誘電体
１３    排ガス流入側の導電性層
１３ａ    接続領域
１４    排ガス流出側の導電性層
１４ａ    接続領域
１５    排ガス流入側のセル
１６    排ガス流出側のセル
３００    液状の樹脂
【図１】
2020148147.tif 000003
【図２】
2020148147.tif 000004
【図３】
2020148147.tif 000005
【図４】
2020148147.tif 000006
【図５】
2020148147.tif 000007