(57)【要約】【課題】  粒子を繊維シートに均一に付着させることができる、簡単な構成で作業性及び安全性に優れた電気泳動装置を提供することを目的としている。【解決手段】  導電性の繊維シート８に粒子を付着させるための電気泳動装置であって、帯電した触媒粒子を分散させた懸濁液７を入れる容器１と、容器１内に水平に配置される第１及び第２の平板電極２及び３と、第１平板電極２と第２平板電極３との間に水平に配置され、繊維シート８を両面から支持する第１及び第２金網電極４及び５とを備え、二つの平板電極２及び３と、二つの金網電極４及び５との間に電源６によって電圧が印加される。【選択図】      図１
2007051312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の繊維シートに粒子を付着させるための電気泳動装置であって、
粒子を分散させた懸濁液を入れる容器と、
前記容器内に水平に配置される二つの平板電極と、
前記二つの平板電極間に水平に配置され、繊維シートを両面から支持する金網電極とを備え、
前記二つの平板電極と、前記金網電極との間に電圧が印加される
ことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項２】
前記金網電極の網目の大きさは、支持する繊維シートの繊維の長さより小さいことを特徴とする請求項１記載の電気泳動装置。
【請求項３】
前記金網電極は、繊維シートを支持したまま、懸濁液の液面上に移動可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の電気泳動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気泳動装置に関し、特に、繊維シートに帯電粒子を付着させるための電気泳動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼル車両の排気ガスから煤煙を除去するディーゼルパティキュレートフィルタが普及している。ディーゼルパティキュレートフィルタには、通常、炭化ケイ素繊維フェルト等の繊維シートが使用され、繊維シートには、煤煙の除去性能を高めるために触媒粒子を付着させている。
【０００３】
繊維シートに触媒粒子を付着させるには、例えば、触媒粒子を分散させた懸濁液に、繊維シートを浸漬する方法が考えられる。しかし、単に繊維シートを懸濁液に浸漬しただけでは、触媒粒子を繊維シートに効率よく付着させることは困難である。そこで、本出願に係る発明者は、炭化ケイ素繊維が導電性を有すること、及び、酸化物の触媒粒子が懸濁液中でプラスに帯電する性質に着目して、電気泳動により触媒粒子を繊維シートに付着させることを考えた。
【０００４】
一方、導電性材料を電気泳動の電極として、その導電性材料に粒子を付着させる技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】Fanglin Chen et al. "Preparation of yttria-stabilized zirconia (YSZ) films on Lao0.85Sr0.15Mn03 (LSM) and LSM-YSZ substrates using an electrophoretic deposition (EPD) process" Journal of the European Ceramic Society 21 (2001) 127-134
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電気泳動の電極には、通常、導電性の高い、固い材料が使用される。これに対し、炭化ケイ素繊維フェルト等の繊維シートを電極として、電気泳動を行おうとすると、以下のように、種々の問題が生じる。
【０００７】
すなわち、懸濁液に浸漬した繊維シートには、通常の固体電極と異なり、懸濁液が染み込む。このため、電気泳動後に、懸濁液を吸って重くなった繊維シートを懸濁液から取り出さなければならない。特に、繊維シートの面積が広い程、懸濁液を吸ったときの質量も大きくなる。
【０００８】
そして、懸濁液から繊維シートを吊り上げて取り出すには、繊維シートを高く吊り上げなければならない。例えば、１ｍ×１ｍの正方形の繊維シートを取り出す場合、懸濁液の容器の底部から繊維シートの上縁までの高さは、２ｍを越える。そして、繊維シートが大きくなるほど、吊り上げる高さを高くしなければならない。このため、作業性が悪い上に、重くなった繊維シートを高く吊り上げるために、強固な大掛かりな装置構成が必要となる。
【０００９】
さらに、繊維シートの引っ張り高度は、通常の固体電極材料に比べて、遙かに低い。このため、懸濁液を吸って重くなった繊維シートの上部をクリップ等で挟んで吊り下げると、繊維シート自体が自重に耐えられず、裂けてしまうおそれがある。
【００１０】
その上、高く吊り上げられた繊維シートからは、染み込んでいた懸濁液が滴り落ちる。懸濁液には、通常、アセトン等の引火性の有機分散媒が使用される。したがって、引火性の溶媒の飛沫が周囲に飛び散ることとなり、危険である。
【００１１】
また、フェルト等の不織布からは繊維が抜け落ちやすい。抜け落ちた繊維は、懸濁液中を浮遊し、電極間を短絡させるおそれがある。懸濁液に引火性の有機分散媒を使用している場合に、かかる短絡が生じると、発火の原因となり、危険である。
【００１２】
さらに、炭化ケイ素繊維フェルト等の繊維シートの導電率は、一般に、通常の電極の導電率よりも低い。このため、繊維シートを電極として電気泳動を行う場合、繊維シート全体を等電位に保つことが困難である。例えば、繊維シートを金属クリップで挟んで電圧を印加すると、金属クリップの周囲に電界が集中してしまう。このため、繊維シートを電極として用いた場合、触媒粒子を均一に付着させることは困難である。
【００１３】
そこで、本発明は、粒子を繊維シートに均一に付着させることができる、簡単な構成で作業性及び安全性に優れた電気泳動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明の電気泳動装置は、導電性の繊維シートに粒子を付着させるための電気泳動装置であって、粒子を分散させた懸濁液を入れる容器と、容器内に水平に配置される二つの平板電極と、二つの平板電極間に水平に配置され、繊維シートを両面から支持する金網電極とを備え、二つの平板電極と、金網電極との間に電圧が印加されることを特徴としている。
【００１５】
このように構成された本発明の電気泳動装置によれば、水平に配置された金網電極によって、繊維シートを支持する。このため、電気泳動後、繊維シートを支金網電極ごと懸濁液から水平に取り出せば、繊維シートを縦にして高く吊り上げる必要がない。したがって、作業性が良く、高く吊り上げるための大掛かりな装置構成を必要としない。
【００１６】
また、繊維シートは、金網電極で支持されているので、懸濁液を吸って重くなっても、自重で裂けるおそれがない。さらに、懸濁液を吸った繊維シートを高く吊り上げる必要がないので、懸濁液を高い位置から滴り落とさずに済む。このため、懸濁液の飛散を防ぎ安全性の向上を図ることができる。
【００１７】
また、繊維シートを両面から金網電極で支持しているので、繊維シートからの繊維の抜けを防止することができる。その結果、短絡による発火を防いで安全性の向上を図ることができる。さらに、繊維シートを金網電極で支持しているので、繊維シートを等電位に保つことができ、粒子を繊維シートに均一に付着させることができる。
【００１８】
また、二つの平板電極間で繊維シートの両面から金網電極で支持しているので、繊維シートの両面から同時に粒子を付着させることができる。
【００１９】
また、本発明において、好ましくは、金網電極の網目の大きさは、支持する繊維シートの繊維の長さより小さい。
これにより、繊維シートからの繊維の抜け落ちをより確実に防止することができる。その結果、抜け落ちた繊維による電極間の短絡の発生を一層防止して、安全性の向上を図ることができる。
【００２０】
また、本発明において、好ましくは、金網電極は、繊維シートを支持したまま、懸濁液の液面上に移動可能である。これにより、作業性の一層の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、粒子を繊維シートに均一に付着させることができる、簡単な構成で作業性及び安全性に優れた電気泳動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して、本発明の電気泳動装置の実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、実施形態の電気泳動装置の構成について説明する。図１は、実施形態の電気泳動装置の断面模式図である。
【００２３】
実施形態の電気泳動装置は、粒子を分散させた懸濁液７を入れる容器１と、容器１内に水平に配置される第１及び第２平板電極２及び３と、第１平板電極２と第２平板電極３との間に水平に配置され、繊維シート８を両面から支持する第１及び第２金網電極４及び５とを備えている。
【００２４】
さらに、上記の構成に加えて、容器１内に、懸濁液７を分散させるためのホモジナイザ（図示せず）や、循環させるためのポンプ（図示せず）を設けてもよい。
【００２５】
本実施形態の電気泳動装置は、導電性の繊維シートに粒子を付着させるためのものであるが、粒子としては、懸濁液中で帯電して電気泳動可能なものであれば、任意好適なものを用いることができる。例えば、ペロブスカイトの触媒粒子や、スピネルの触媒粒子等を付着させることができる。また、粒径は、懸濁系の分散性、繊維上の堆積の観点から、例えば、１ｎｍ〜５μｍの範囲内のものが好ましい。
【００２６】
また、懸濁液の分散媒としては、粒子の電気泳動可能なものであれば、任意好適なものを用いることができる。例えば、アセトンやエタノールが挙げられる。
【００２７】
また、粒子を付着させる繊維シートとしては、導電性を有するものであれば、任意好適な不織布や織布を用いることができる。そのような繊維シートとしては、例えば、炭化ケイ素繊維フェルト、炭素繊維フェルト及び金属繊維フェルトが挙げられる。また、繊維シートの面積や厚さは特に制限されないが、懸濁液を染み込ませる観点から、厚さは、例えば、１〜１０ｍｍの範囲のものが好ましい。また、繊維シートの繊維の長さや太さも特に制限されないが、フェルトの加工性の観点から、長さは、例えば、１０〜１００ｍｍの範囲内のものが好ましく、太さは、例えば、５〜３０ｍｍの範囲内のものが好ましい。
【００２８】
以下、電気泳動装置の各構成要素について更に説明する。
容器１は、懸濁液に対して耐性を有する材料で作られている。また、容器１の材質は、感電事故の発生を防止するため、絶縁性であることが好ましい。そのような材料として、例えば、ガラスが挙げられる。
なお、容器１は、二つの平板電極及び二つの金網電極を収容できれば、特にその形状は問わない。
【００２９】
第１及び第２平板電極２及び３には、導電性を有し、かつ、懸濁液に耐性を有するものならば、任意好適な材料を使用することができる。さらに、二つの平板電極２及び３が、陽極として使用される場合には、平板電極２及び３に、アノード溶解を起こさない炭素系材料を用いるとよい。そのような材料として、例えば、Ｃ／Ｃ（カーボンコンポジット）や炭化ケイ素が挙げられる。
【００３０】
第１及び第２金網電極４及び５には、導電性を有し、かつ、懸濁液に耐性を有するものならば、任意好適な材料を使用することができる。ただし、繊維シート８を支持するのに十分な強度を有することを要する。そのような材料として、例えば、ステンレス、黄銅、アルミニウム等の一般的な金属材料が挙げられる。また、金網電極４及び５の寸法は、繊維シート８の全面を覆うように、繊維シート８の寸法より大きいことが望ましい。
【００３１】
金網電極４及び５の網目の大きさ（目開き）は、繊維シート８から抜けた繊維が通過しない程度に小さいことが望ましい。例えば、繊維長４０ｍｍの場合、目開きを１０〜２５ｍｍとするとよい。なお、繊維長にばらつきがある場合には、少なくとも繊維長の平均長より目開きが小さいことが望ましい。
【００３２】
金網電極４及び５は、繊維シート８を両面から支持しているが、繊維シート８を強く挟み込む必要はない。むしろ、繊維シート８内に染み込んだ懸濁液を押し出さないために、強く挟み込まないことが好ましい。また、金網電極４及び５で繊維シート８を両面から支持しているので、電気泳動中に、繊維シート８が発生した泡によって浮上したり、移動して平板電極と短絡したりすることを防止することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、二枚の金網電極で繊維シート８を両面から支持した例について説明するが、本発明では、金網電極の形態はこれに限定されず、金網電極は種々の形態を採ることが可能である。例えば、一枚の金網電極を折り返して、繊維シート８を間に挟むようにしてもよいし、金網電極を薄い箱形の形状として、箱形の中に繊維シート８を入れるようにしてもよい。
【００３４】
そして、二つの平板電極２及び３と二つの金網電極４及び５は、いずれも水平に配置されているので、互いに平行である。これにより、平板電極２及び３と金網電極４及び５との間の電界強度を均一にすることができる。その結果、繊維シート８に、触媒粒子等の粒子を均一に付着させることができる。
【００３５】
また、繊維シート８の両面に粒子を等しく付着させるため、上側の平板電極２と上側の金網電極４との間の上側電界強度と、下側の平板電極３と上側の金網電極５との間の下側電界強度とは、等しいことが望ましい。そのために、本実施形態では、上側の平板電極２と上側の金網電極４との間の上側距離と、下側の平板電極３と上側の金網電極５との間の下側距離とを等しくしている。また、電極間の距離としては、懸濁液の電気抵抗の観点から、例えば、１０〜３０ｍｍの範囲内が好ましい。
【００３６】
なお、実施形態においては、上側距離と下側距離とを等しくした例について説明するが、本発明では、上側距離と下側距離とは必ずしも等しくなくともよい。例えば、平板電極２及び３どうしの電位が等しくない場合などは、上側距離及び下側距離をそれぞれ調節し、繊維シートの両面で、電極間の電場強度が等しくなるようにするとよい。
【００３７】
そして、電気泳動を行うにあたっては、容器に、粒子を分散させた懸濁液を、上側の平板電極２が十分に浸るまで入れてから、二つの平板電極２及び３と、二つの金網電極４及び５との間に、電源６によって電圧を印加する。本実施形態では、粒子が懸濁液中でプラスの帯電するものとして、平板電極２及び３が陽極となり、金網電極４及び５が陰極となるように電圧を印加する。金網電極４及び５は、繊維シート８に電圧を印加するリードの役割を有する。このため、繊維シート８も金網電極４及び５と実質的に同電位となり、金網電極４及び５と共に実質的に陰極として働く。そして、帯電した粒子は、泳動して、金網電極４及び５、並びに繊維シート８に付着する。
【００３８】
なお、本実施形態においては、粒子が懸濁液中でプラスに帯電するため、平板電極を陽極とし、金網電極を陰極とした例について説明するが、本発明では、電極の極性はこれに限定されない。例えば、粒子が懸濁液中でマイナスに帯電する場合には、平板電極を陰極とし、金網電極を陽極として電気泳動を行うとよい。
【００３９】
また、電極間に印加する電圧の種類は、直流定電圧に限定されず、例えば、電圧を変動させてもよい。
【００４０】
次に、粒子を付着させた繊維シート８を、二つの金網電極４及び５によって支持されたまま、懸濁液７の液面上に引き上げる。このとき、繊維シート８は実質的に水平であるので、短い移動距離で、繊維シート８を液面上に引き上げることができる。また、繊維シート８は金網電極４及び５で支持されているので、繊維シートが自重で裂けるおそれもない。そして、繊維シート８を金網電極４及び５ごと僅かに傾けるだけで、繊維シート８に染み込んでいる懸濁液を容易に流し出すことができる。
【００４１】
また、繊維シート８及び金網電極４及び５をベルトコンベアのような運搬装置で連続的に、平板電極２及び３間を通過させるようにしてもよい。この場合、粒子が付着した繊維シート８を、例えば、次工程の焼結炉へ連続的に運搬することができる。
【実施例】
【００４２】
以下の実施形態においては、本発明を特定の条件で構成した例について説明するが、本発明は種々の変更及び組み合わせを行うことができ、これに限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
次に、本発明の実施例について詳細に説明する。
実施例では、容器１として、内寸の長さＬ×幅Ｗ×高さＨ＝３５０×２５０×８０ｍｍのパイレックス（登録商標）製のガラス容器を使用した。そして、容器１内に、平板電極２及び３として、３００×２４０×５ｍｍの炭素板２枚を、互いに平行に水平に、互いに４０ｍｍ離して配置した。また、金網電極４及び５として、目開き２０ｍｍのステンレス製金網を用いた。
【００４４】
また、繊維シート８として、２９０×２１０×４ｍｍの炭化ケイ素繊維フェルトを用いた。炭化ケイ素繊維フェルトの繊維径は、１４μｍ、繊維長は４０ｍｍ、引張強度は２５０ｇ／ｍ2である。そして、金網電極４及び５で、この炭化ケイ素繊維フェルト８を両面から挟んで支持し、平行電極２及び３間の中間に配置した。ここでは、炭化ケイ素繊維フェルトの両面で、平行平板電極２及び３と、金網電極４及び５との距離を、等しく１５ｍｍとした。
【００４５】
そして、容器１内に、アセトン分散媒中に、触媒粒子を十分に分散させた懸濁液を、上側の平行電極２が浸るまで入れる。ここでは、触媒粒子として、ナノサイズのペロブスカイト、具体的には、粒径１００ｎｍのＬａ0.8Ｓｒ0.2ＣｏＯ3の粒子を用いた。次いで、平板電極２及び３を陰極とし、金網電極４及び５を陽極として、電源６によって１００Ｖの直流電圧（電流０．４Ａ）を１０分間印加して電気泳動を行った。
【００４６】
続いて、触媒粒子を担持した炭化ケイ素繊維フェルトを、８００℃で２時間焼結して、触媒担持フェルトを得た。この触媒担持フェルトの触媒粒子の担持量、即ち、触媒粒子を含む触媒担持フェルトの全質量に対する担持された触媒粒子の質量は、平均１３％であった。このように、本発明の電気泳動装置を用いれば、ナノサイズの微小粒子であっても、短時間で十分に付着できることが確認された。
【００４７】
また、この触媒担持フェルトにより、ＰＭ（粒子状物質）とＮＯXを同時に除去できることが確認された。図２のグラフは、触媒担持フェルトに流入したガス中のＮＯの分解生成物の発生を示すものである。具体的には、カーボンを５．５ｗｔ％含ませた担持フェルト０．２５ｇを直径２ｃｍのカラムに入れ、このカラムに、Ｏ2が５％、ＮＯが０．５％のヘリウムで調整したガスを、４０ｍＬ／分の流量で流通させ、カラムの温度を２００℃から７００℃まで１℃／分の昇温速度で上昇させて、カラムからの排出ガス中の生成物の濃度等を測定した。流通ガス中のＮＯは、触媒粒子により、Ｎ2Ｏに、更にはＮ2に還元され、また、カーボンを酸化してＣＯを、更にはＣＯ2を生成する。
【００４８】
図２のグラフの横軸は温度（℃）を表し、左側の縦軸は、流通ガス中のＮＯに対する、生成したＮ2Ｏ及びＮ2の量をモル％で表し、右側の縦軸は、生成したＣＯ及びＣＯ2の濃度をｐｐｍで表している。図２にグラフに示すように、３００℃台から５００℃台の温度範囲で、ＮＯが分解してＮ2等の生成物が発生していることが分かる。
【００４９】
なお、実施例１の装置において電気泳動を繰り返しても、短絡の発生は認められなかった。
【００５０】
（比較例１）
比較例では、繊維シート及び電極を垂直に配置して電気泳動を行った。具体的には、内寸２５０×８０×３５０のパイレックス（登録商標）製の深いガラス容器内に、３００×２４０×５ｍｍの炭素板２枚を垂直に、かつ互いに平行に配置した。そして、この２枚の炭素板の中間に、２９０×２１０×４ｍｍの炭化ケイ素繊維フェルトを、その上部をクリップで挟んで吊り下げた。次いで、炭素板を陽極とし、クリップを陰極として、１００Ｖの直流電圧を１０分間印加して電気泳動を行った。
【００５１】
比較例１では、触媒担持フェルトを懸濁液から取り出す際に、懸濁液を吸って重くなった触媒担持フェルトが自重に耐えきれず引き千切れたり、電気泳動中に、炭化ケイ素繊維フェルトと炭素板とが接触した短絡により火花が発生したり、ほとんどの場合で触媒担持フェルトが得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態の電気泳動装置の断面模式図である。
【図２】触媒担持フェルトによるＰＭ及びＮＯの除去を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１  容器
２  第１平板電極
３  第２平板電極
４  第１金網電極
５  第２金網電極
６  電源
７  懸濁液
８  繊維シート
【図１】
2007051312.tif 000003
【図２】
2007051312.tif 000004