(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分がチタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体で、前記ハニカム構造体内に形成された各セルの一端部が目封じされている排ガスフィルタであって、再生時の耐久性が向上するように、熱伝導率が０．１１〜０．１３ｋｃａｌ／ｍｈ℃であることを特徴とする排ガスフィルタ。
【請求項２】
前記ハニカム構造体の気孔率が４５〜５５％であることを特徴とする請求項１に記載の排ガスフィルタ。
【請求項３】
前記ハニカム構造体の前記セルの数が１００〜２００個／ｉｎｃｈ2であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガスフィルタ。
【請求項４】
前記ハニカム構造体のセル壁の厚みが０．１５〜０．７５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、発電機、船舶、工事用車両等のディーゼルエンジンから排出される排気ガスの浄化を目的とする排ガスフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車、発電機、船舶、工事用車両等のディーゼルエンジンからの排気ガス中に含まれる窒素酸化物やすす等のカーボンパティキュレート等による環境汚染や人体への影響が重要視されている。このような背景から、排ガスを浄化する排ガスフィルタ及び排ガスフィルタに用いる燃焼触媒の担持体の開発がなされている。このような排気ガスフィルタ又はこれに用いる担持体は高温で使用されるため、耐熱性、耐熱衝撃性、低熱膨張性を有することが要求される。また、排気ガスフィルタはカーボンパティキュレート等を捕集した後、排ガスの浄化機能を再生させるために燃焼再生装置を用いて捕集物を燃焼する必要がある。したがって、再生時における熱伝導率も優れていなければならない。
【０００３】
このような排気ガスフィルタには、特開平５−２５４９６２号公報や特開平５−２５４９６３号公報に記載されているコージェライトが主に用いられている。その理由は、コージェライトの熱膨張係数が２．０×１０-6／℃以下と低くかつ耐熱衝撃性に優れているとともに、ムライトやアルミナ等の耐熱材料に比べ、排気ガスフィルタに捕集されたカーボンパティキュレートや再性時の熱応力によるフィルタ割れが発生しにくいためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のコージェライトを用いる排ガスフィルタでは、熱伝導率が０．２５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以上と比較的大きいため、再生時の温度コントロールが難しく、再生時に排ガスフィルタを加熱するためのヒータ出力を上げたり、カーボンパティキュレートの捕集量を調整したりして、無理に温度コントロールしようとすると排ガスフィルタの温度が１４００℃以上となって、異常燃焼によりコージェライトの融点を超えて溶損するため、耐久性に欠けるという問題を有していた。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、再生時における温度コントロールが容易で耐久性に優れた排ガスフィルタを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、主成分がチタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体で、前記ハニカム構造体内に形成された各セルの一端部が目封じされている排ガスフィルタであって、熱伝導率が０．０７〜０．１７ｋｃａｌ／ｍｈ℃、好ましくは０．１１〜０．１３ｋｃａｌ／ｍｈ℃である構成よりなる。
【０００７】
この構成により、再生時における温度コントロールが容易で耐久性に優れた排ガスフィルタを提供することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、主成分がチタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体で、前記ハニカム構造体内に形成された各セルの一端部が目封止されている排ガスフィルタであって、再生時の耐久性が向上するように、熱伝導率が０．１１〜０．１３ｋｃａｌ／ｍｈ℃であることとしたものであり、再生時における温度コントロールが容易で耐久性が向上するという作用を有する。
【０００９】
熱伝導率が０．０７ｋｃａｌ／ｍｈ℃よりも小さくなると、熱伝導率が低すぎて再生時にカーボンパティキュレートに着火した後に燃焼が伝搬せず立ち消えする傾向を生じ、０．１７ｋｃａｌ／ｍｈ℃よりも大きくなると、再生時における温度コントロールが困難になる傾向を生じるので、いずれも好ましくない。また、熱伝導率が０．１１〜０．１３ｋｃａｌ／ｍｈ℃の範囲では、再生時の温度コントロールを良好に行うことが可能であり、かつ再生時の排ガスフィルタ内における燃焼の伝搬も良好であることから、特に好適である。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ハニカム構造体の気孔率が４５〜５５％であることとしたものであり、熱伝導率を最適な範囲に維持できる
という作用を有する。
【００１１】
気孔率が２５％よりも小さくなると熱伝導率が０．０７ｋｃａｌ／ｍｈ℃よりも小さくなる傾向を生じ、６５％よりも大きくなると熱伝導率が０．１７ｋｃａｌ／ｍｈ℃よりも大きくなる傾向を生じるため、いずれも好ましくない。また、気孔率が４５〜５５％の範囲では、熱伝導率を０．１１〜０．１３ｋｃａｌ／ｍｈ℃とすることができることから、特に好適である。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ハニカム構造体のセルの数が１００〜２００個／ｉｎｃｈ2であることとしたものであり、熱伝導率を最適な範囲に維持できるという作用を有する。
【００１３】
セルの数が７０個／ｉｎｃｈ2よりも小さくなると熱伝導率が０．０７ｋｃａｌ／ｍｈ℃よりも小さくなる傾向を生じ、２５０個／ｉｎｃｈ2よりも大きくなると熱伝導率が０．１７ｋｃａｌ／ｍｈ℃よりも大きくなる傾向を生じるため、いずれも好ましくない。また、セル数が１００〜２００個／ｉｎｃｈ2の範囲では、熱伝導率を０．１１〜０．１３ｋｃａｌ／ｍｈ℃とすることができることから、特に好適である。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、ハニカム構造体のセル壁の厚みが０．１５〜０．７５ｍｍであることとしたものであり、ハニカム構造体の強度が向上するとともに、熱伝導率を最適な範囲に維持できるという作用を有する。
【００１５】
セル壁の厚みが０．１５ｍｍよりも小さくなると、ハニカム構造体の強度が低下する傾向を生じ、０．７５ｍｍよりも大きくなると、熱伝導率が０．１７ｋｃａｌ／ｍｈ℃よりも大きくなる傾向を生じるため、いずれも好ましくない。
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態の具体例について説明する。
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態における排ガスフィルタの断面図、図１は本発明の一実施の形態における排ガスフィルタの上面図である。
【００１７】
図１及び図２において、１はセル、２はセル壁、３は目封じ、４は外周壁である。本実施の形態における排ガスフィルタは、図１に示したように、主成分がチタン酸アルミニウムからなる外周壁４とセル壁２によりハニカム状に形成されており、セル壁２によって仕切られたセル１の一端部が目封じ３により密閉されている。また、目封じ３は排ガスフィルタの上面及び下面において、図２に示したように市松模様状に形成されている。尚、図１に示したａはセル壁２の厚みを示している。
【００１８】
このような排ガスフィルタの一側部の開放されたセル１から流入した排ガスは、セル壁２に形成された多数の空孔（図示せず）を通して他のセル１との間で流入・流出が可能で、この際セル壁２にカーボンパティキュレート等が捕集された後、排ガスフィルタの他側部の開放されたセル１から流出する。カーボンパティキュレート等が設定捕集量まで捕集されると、排ガスフィルタは燃焼再生装置（図示せず）により所定温度で燃焼され、カーボンパティキュレート等が燃焼除去されて再生される。
【００１９】
本実施の形態における排ガスフィルタが従来例と異なっているのは、排ガスフィルタの熱伝導率が０．０７〜０．１７ｋｃａｌ／ｍｈ℃、好ましくは０．１１〜０．１３ｋｃａｌ／ｍｈ℃であり、ハニカム構造体の気孔率が２５〜６５％、好ましくは４５〜５５％であり、ハニカム構造体のセルの数が７０〜２５０個／ｉｎｃｈ2、好ましくは１００〜２００個／ｉｎｃｈ2であり、図２に示したハニカム構造体のセル壁の厚みａが０．１５〜０．７５ｍｍに形成されていることである。
【００２０】
この構成により、再生時における温度コントロールが容易で、かつ強度の高いハニカム構造体からなる耐久性に優れた排ガスフィルタが得られる。
【００２１】
次に、本発明を実施例を用いてより詳細に説明する。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
チタン酸アルミニウムと、粒状ポリエチレンや活性炭などの造孔剤を５、９、１４、１８、２２、２６重量部と、チタン酸アルミニウム粉末と造孔剤粉末を結合させる結合剤を７〜１２重量部添加し、ミキサーにより乾式混合した６種類の組成物を得た。
【００２３】
各組成物に、有機系可塑剤３〜６重量部と水３１〜３８重量部を加えて、ニーダ及び三本ローラによって混練した後、真空押出成型機に投入してハニカム用ダイスを用いてハニカム構造体に押出成形してから乾燥した。この後、１５００℃の焼成温度で焼成し、外形が直径５．６６ｉｎｃｈで高さ６ｉｎｃｈ、セル壁の厚みが０．４５ｍｍ、セル数１００個／ｉｎｃｈ2であって、気孔率だけが１５％、２５％、４５％、５５％、６５％、７５％と異なる６種類の排ガスフィルタを作製した。
【００２４】
これらの各排ガスフィルタに対して行った熱伝導率の測定方法及び捕集再生試験について、以下に説明する。
【００２５】
図３は熱伝導率測定用及び捕集再生試験用の排ガスフィルタの要部斜視図である。
【００２６】
図３において、５は測定面であり、セル１、セル壁２は第１実施の形態と同様のものであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２７】
上記の６種類の排ガスフィルタを、それぞれ図３に示したような幅５０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、奥行き１００ｍｍの形状に切り出した後、測定面５に対して垂直方向のセル壁を研磨して削り取り、平坦な測定面５を形成した。この測定面５に対して、プローブ式熱伝導率計のプローブを当接させ、得られた対数軸の時間に対する測定面５の温度上昇のグラフの傾きから、熱伝導率を決定した。
【００２８】
次に、捕集再生試験について説明する。排ガス発生装置として、約３５００ｃｃのディーセルエンジンを用い、回転数１５００ｒｐｍ、トルク２１ｋｇｍ条件で排ガスを発生させ、前述の排ガスフィルタを用いて、排ガス１リットル当たり１２．０〜１４．０ｇのカーボンパティキュレートを捕集させた。捕集量の判定は、各排ガスフィルタの重量増加量を測定して行った。
【００２９】
次に、カーボンパティキュレートを捕集した排ガスフィルタを、排ガスフィルタの前面に設置されたヒータを用いて、排ガスフィルタのガス流入口の温度を約６００℃としてカーボンパティキュレートが着火するまで加熱した。着火後、ヒータによる加熱を中止してからブロワーにより約０．１ｍ3／ｍｉｎ前後のエアーを送風して、排ガスフィルタ内部全体に火炎が伝搬させるように燃焼させ、排ガスフィルタの再生を行った。
【００３０】
上記再生の直後に、再び排ガス発生装置により排ガスフィルタ内に排ガスを流入させ、排ガスフィルタの排ガス流出口の後方に設置したスモークメータによりＪＩＳ規格Ｄ８００４に準拠して排ガス濃度を測定し、スモークメータの値が１％以上となった場合には、再生不可能と判断して捕集再生試験を中止した。また、外観の形状変化や打音試験により、排ガスフィルタ内部にクラックが発生したと考えられる場合にも、捕集再生試験を中止した。以上のような捕集再生試験において、各排ガスフィルタ毎の再生回数を決定した。
【００３１】
尚、再生回数が５００回を超えた場合には、十分な耐久性を有するものとして捕集再生試験を中止した。
【００３２】
（表１）に各排ガスフィルタ毎に得られた熱伝導率の測定結果と再生回数を示した。
【００３３】
【表１】
0003769818.tif 000002
【００３４】
（表１）に示したように、気孔率が２５〜６５％の場合の熱伝導率は０．０７〜０．１７ｋｃａｌ／ｍｈ℃であり、３００回以上の捕集再生試験においてクラックの発生が認められないことが明らかとなった。また、気孔率が４５〜５５％の場合の熱伝導率は０．１１〜０．１３ｋｃａｌ／ｍｈ℃であり、この時の再生回数は５００回で、気孔率及び熱伝導率をこの範囲にすることによって、排ガスフィルタの耐久性が向上することが判明した。
【００３５】
（実施例２）
セル数が異なる排ガスフィルタを作製するため、セル数の異なる６種類のハニカム用ダイスを用いたことを除いて、第１実施例と同様な条件・方法により、外形が直径５．６６ｉｎｃｈで高さ６ｉｎｃｈ、セル壁の厚みが０．４５ｍｍ、気孔率４５％であって、セル数だけが５０、７０、１００、２００、２５０、２７０個／ｉｎｃｈ2と異なる６種類の排ガスフィルタを作製した。これらの各排ガスフィルタを、第１実施例と同様に図３に示したような幅５０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、奥行き１００ｍｍの形状に切り出した後、熱伝導率及び再生回数を測定した。その結果を（表２）に示した。
【００３６】
【表２】
0003769818.tif 000003
【００３７】
（表２）に示したように、セル数が７０〜２５０個／ｉｎｃｈ2の場合の熱伝導率は０．０７〜０．１７ｋｃａｌ／ｍｈ℃であり、３００回以上の捕集再生試験においてクラックの発生が認められないことが明らかとなった。また、セル数が１００〜２００個／ｉｎｃｈ2の場合の熱伝導率は０．１１〜０．１３ｋｃａｌ／ｍｈ℃であり、この時の再生回数は５００回で、セル数及び熱伝導率をこの範囲にすることによって、排ガスフィルタの耐久性が向上することが判明した。
【００３８】
（実施例３）
セル数が異なる排ガスフィルタを作製するため、セル厚の異なる６種類のハニカム用ダイスを用いたことを除いて、第１実施例と同様な条件・方法により、外形が直径５．６６ｉｎｃｈで高さ６ｉｎｃｈ、気孔率４５％、セル数１００個／ｉｎｃｈ2であって、セル壁の厚みだけが０．１０、０．１５、０．３０、０．４５、０．６０、０．７５、０．９０ｍｍと異なる７種類の排ガスフィルタを作製した。これらの各排ガスフィルタを、第１実施例と同様に図３に示したような幅５０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、奥行き１００ｍｍの形状に切り出した後、熱伝導率及び再生回数を測定した。その結果を（表３）に示した。
【００３９】
【表３】
0003769818.tif 000004
【００４０】
（表３）に示したように、セル壁の厚みが０．１５〜０．７５ｍｍの場合の熱伝導率は０．０７〜０．１７ｋｃａｌ／ｍｈ℃であり、３００回以上の捕集再生試験においてクラックの発生が認められず、セル壁の厚み及び熱伝導率をこの範囲にすることによって、排ガスフィルタの耐久性が向上することが判明した。
【００４１】
尚、セル壁の厚みが０．１０ｍｍの場合については、焼成後に顕著な変形や歪みの発生が認められたため、熱伝導率の測定及び捕集再生試験は行わなかった。また、第１実施例〜第３実施例における排ガスフィルタの軸方向の熱膨張係数は、１．０×１０-6（１／℃）程度であった。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、再生時において溶損やクラックの発生がない、耐久性に優れた排ガスフィルタが得られることから、高い浄化効率で長期間排ガスを浄化することができるという優れた効果が得られる。また、本発明の排ガスフィルタを用いる自動車、発電機、船舶、工事用車両等の耐久性及び信頼性を向上させることができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における排ガスフィルタの断面図
【図２】本発明の一実施の形態における排ガスフィルタの上面図
【図３】熱伝導率測定用及び捕集再生試験用の排ガスフィルタの要部斜視図
【符号の説明】
１  セル
２  セル壁
３  目封じ
４  外周壁
５  測定面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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