JPH01138183A - 多孔質セラミックス構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はフオーム状セラミックスで形成された多孔質セ
ラミックス構造体の改良に関する。本発明は内燃機関か
ら排出される排気ガスの有害成分を除去する触媒に用い
られる触媒担体、ディーゼルエンジンから排出されるパ
ティキュレート等の微粒子を捕集するために用いられる
多孔質セラミックス構造体に利用することができる。

［従来の技術］ 従来より、多孔質セラミックス構造体、例えば、排気ガ
ス浄化用として用いられるセラミックス構造体としては
、ハニカム状に規則正しく配列された多数個の貫通孔を
もつハニカム型のものが使用されている。しかし、ハニ
カム型のセラミックス構造体では、貫通孔ののびる方向
と排気ガスの流れ方向とが同一であるので、排気ガスの
吹きぬけ等のため、排気ガスの高浄化率、パティキュレ
ート等の高捕集率を確保するには充分でなかった。

そこで、乱流効果による浄化率向上、捕集率向上をねら
った三次元網目構造をもつフオーム型セラミックス構造
のものもある。フオーム型セラミックス溝造体では、孔
が三次元状であるため、乱流効果による浄化率向上、捕
集率向上を期待できる。しかしフオーム型セラミックス
構造体では、ハニカム型のものに比較して撮動等に弱い
問題がある。

振動等に弱い問題を解決したフオーム型セラミックス構
造体としては、特開昭５７−９１３０９号公報にかかる
ものがある。特開昭５７−９１３０９号公報にかかるセ
ラミックス構造体は、多孔質のフオーム状セラミックス
で形成されたフオーム型中央部の外周部に、補強筒部を
設けたものである。この特開昭５７−９１３０９号公報
にかかるセラミックス構造体では、装着した際の強度の
確保、取扱い易さ等という観点から、フオーム型中央部
の外周部に補強筒部が設けられている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、この補強筒部は、補強作用をもつものの、排
気ガスの浄化性能やパティキュレート等の捕集に全く寄
与せず、無効体積部となっている。

さらに、この補強筒部は、フオーム状でないため密度が
高くセラミックス構造体全体の重量の１／２〜１／４程
度をしめており、セラミックス構造体の重量増加の原因
にもなっている。

本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、その
目的は、補強筒部としての機能を確保しつつ、排気ガス
の浄化性能やパティキュレート等の捕集能力の向上に寄
与することができ、ざらに軽量化にも有利な多孔質セラ
ミックス構造体を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る多孔質セラミックス構造体は、フオーム状
セラミックスで形成されたフオーム型中央部と、フオー
ム型中央部の外周面を覆うように設けられた筒状の補強
筒部とで椙成され、補強筒部は、少なくとも内面側に間
口する凹部をもち、フオーム型中央部の一部は凹部まで
装填されていることを特徴とするものである。

本発明に係る多孔質セラミックス構造体について更に説
明を加える。

フオーム型中央部は、三次元網目構造をもつ多孔質のも
のであり、従来のフオーム型と同様に、フオーム状セラ
ミックス、特にフオーム状にしたコージェライトで形成
することができる。フオーム型中央部は、三次元的な連
通孔を有する有機発泡体（例えばポリウレタンフォーム
、ポリビニルホルマール７オーム）に、コージェライト
を主要゛成分としたスラリーを含浸する工程と、発泡体
に含浸したスラリーのうち余剰スラリーを遠心分離や高
圧ガス等によって取除く工程と、スラリーが含浸してい
る発泡体を乾燥、焼成する工程とから形成することがで
きる。このスラリーは、焼成によりコージェライトとな
る酸化マグネシウム、アルミナ、シリカを含む混合粉末
から形成できる。

また、スラリーは、アルミナ、ムライト、β−スポジュ
ーメン、窒化珪素、炭化珪素等の粉末で形成することも
できる。なお、スラリーを含浸させる前記した有機発泡
体は、連通孔を三次元的に持ら１ｑるちのならば、多数
個のファイバーが絡まった状態のものでもよい。

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート等
の微粒子を捕集するフィルタとして、本発明にかかるセ
ラミックス構造体を使用する場合には、前記した有機発
泡体は１０メツシュ以上の連通孔をもつものを使用でき
る。

補強筒部は、フオーム型中央部を補強するしのであり、
フオーム型中央部の外周面を覆うように一体的に筒状に
形成されている。補強筒部には、少なくとも内面側に開
口する凹部が形成されている。凹部は、補強筒部の内面
側のみに間口するものでもよく、あるいは、補強筒部の
内面と外面とを貫通する貫通孔でもよい。凹部の数は必
要に応じて適宜設定することができる。凹部の合計間口
面積の大きさは、フオーム型中央部の容積、フオーム型
中央部の気孔率等に応じて適宜設定されるが、例えば、
補強筒部の外周面積を１００％とすると１０〜６０％と
することができる。凹部の形状は、正方形、長方形など
の四角形状に限られず、多角形状、あるいは円形状でも
よく、必要に応じて適宜変更することができる。凹部を
除く補強筒部の厚みは、必要に応じて適宜設定されるが
、通常、０．５〜５ｍｍ程度とすることができる。

ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれているパティキ
ュレート等の微粒子を捕集するフィルタとして、本発明
にかかるセラミックス構造体を用いる場合には、補強筒
部を形成する壁に微粒子を捕集しつつ、補強筒部の壁を
排気ガスが通り汰は得るように、補強筒部は、多孔質と
することができる。

［作用１ 本発明に係る多孔質セラミックス構造体を排気ガス浄化
用又はパティキュレート捕集用に適用した場合には、そ
の多孔質セラミックス構造体を排気系に設置する。この
とき、フオーム型中央部の一端を上流側、他端を下流側
に配置する。このようにすれば、排気系で排出される排
気ガスは、三次元網目構造をもつフオーム型中央部の三
次元状の孔を流れて、ここで排気ガスが浄化される。

［実施例］ 以下、本発明に係る多孔質セラミックス構造体を排気ガ
ス浄化用に適用した一実施例について第１図、第２図を
参照して説明する。本実施例に係る排気ガス浄化用セラ
ミックス構造体の概略斜視図を第１図に示し、一部を破
断して示す側面図を第２図に示す。

本実施例に係る多孔質セラミックス構造体は、フオーム
型中央部１と補強筒部２とで形成されている。

フオーム型中央部１は、フオーム状セラミックスで形成
された柱状をなしている。フオーム型中央部１は次のよ
うに形成されている。即ち、コージェライトを主要成分
とするスラリーを、三次元的な連通孔を有する有機発泡
体に含浸し、その後、含浸したスラリーのうち余剰スラ
リーを遠心分離や高圧ガスによって取除き、その後、乾
燥し、次に１４００℃で４時間焼成することによって形
成されている。なお、スラリーは、２〜３μ程度のコー
ジェライト微粉末２０Ｑにポリビニルアルコール１０．
水１０ｇを混合して形成されている。

本実施例ではフオーム型中央部１に形成されている孔は
、１０メツシュ以上の細かいものである。

第１図に示すように補強筒部２は、フオーム型中央部１
を補強するものであり、フオーム型中央部１の上流側の
一端および下流側の他端を除いてフオーム型中央部１の
外周部を覆っている。補強筒部２の厚さは１〜３ＩＩ＋
ｍ程度である。補強筒部２には少数個の窓３が分散して
形成されている。窓３は補強筒部２の内面から外面にか
けて貫通している。本実施例では窓３は四角形であり、
窓３の一辺の大きさは２０〜２５ｍｍである。本実施例
では、窓３の合計開口面積は補強筒部２の外周面積を１
００％としたとき２０〜３０％程度である。

フオーム型中央部１のフオーム状セラミックスは窓３の
開口部分にも装填されている。

本実施例にかかる補強筒部２は次の２つの″Ａ造方法で
製造できる。即ち、第１の製造方法では、連通孔をもつ
ポリウレタンフォーム等からなる肉厚１〜３ｍｍの有機
発泡体をフオーム型中央部１に筒状に巻き付ける巻付工
程、このように巻き付けた状態で、コージェライトを主
成分としたスラリーを有機発泡体の連通孔に含浸して連
通孔をスラリーで満たす含浸工程、連通孔をスラリーで
満たした有機発泡体を乾燥し、焼成する加熱工程とを順
次実施する。巻付工程では、フオーム型中央部１に巻き
つける有機発泡体に、窓３に相当する間口部を形成して
おく。また、第２の製造方法では、コージェライトを主
成分としたスラリーを、窓３に相当する部位を残してフ
オーム型中央部１の外周部に塗り付けてセメンティング
する工程、セメンティングしたスラリーを乾燥、焼成す
る工程とを順次実施する。なお、前記した２つの製造方
法において乾燥温度は１２０℃、焼成温度は１４００℃
、焼成時間は４時間とすることができる。

本実施例にかかるセラミックス構造体を排気ガス浄化用
、又はパティキュレート捕集用として使用するにあたっ
ては、セラミックス構造体を排気系に設置する。このよ
うにずれば、排気系で排出される排気ガスは、フオーム
型中央部１のフオーム状セラミックスの三次元状の通気
孔を乱流的に流れ、これにより排気ガスが浄化されるし
、又、パティキュレートが捕集される。

このとき、前記したように排気ガスはフオーム型中央部
１の三次元的な通気孔を乱流的に流れるので、窓３に装
填されているフオーム型中央部１にも乱流効果により排
気ガスは流れる。したがって、窓３に装填されているフ
オーム型中央部１のフオーム状セラミックスでも、排気
ガスは浄化され、パティキュレートは捕集される。

ところで本実施例にかかる多孔質セラミックス構造体で
は、その浄化性能はフオーム型中央部１の容積に大きく
左右され容積が大きくなる程、浄化性能は向上する。特
に排気ガスの流れに垂直な方向の面積を増加すれば、圧
損も下がるため浄化性能の向上に効果的である。

そこで本実施例では、限られた寸法を有効利用すべく、
前述したように、フオーム型中央部１を形成するフオー
ム状セラミックスは補強筒部２の窓３の開口部分にも装
填されている。そのため本実施例では、補強筒部２で必
要な強度を確保しつつ、浄化性能の確保、パティキュレ
ート捕集のための有効体積を例えば５〜１０％程度増加
することができる。

また、特開昭５７−９１３０９号公報に示されている補
強筒部に比較して、補強筒部２は窓３をもつため、その
ぶん軽量化に有利であり、補強筒部２自体の重量を例え
ば１／２〜１／４程度軽聞化し得、したがって多孔質ビ
ラミックス構造体全体の重量を１／４〜１／８程度軽攪
化し１りる。

上記した実施例では、窓３は補強筒部２の内面から外面
にかけて貫通しているが、これに代えて、第３図にしめ
すように、薄壁４ａをもつ凹部４としてもよいことは勿
論である。したがって凹部４は補強筒部２の内面に開口
し、外面側では薄壁４ａで閉塞されている。第３図に示
す例においても、フオーム型中央部１のフオーム状セラ
ミックスは凹部４にも装填されている。この場合には、
薄壁４ａにより排気ガスの抜けは確実に防止される。

薄壁４ａは、窓３の開口部にスラリーを厚さ例えば０．
１〜１．５ｎ＋ｍ程度でセメンティングして乾燥、焼成
したり、窓３を閉塞するようにセラミックス類のシート
を巻き付けた後、乾燥、焼成したりして形成することが
できる。第３図に示す実施例においても、前記実施例と
同様の作用、効果が得られる。

また、上記した各実施例では、窓３、凹部４は四角形状
であるが、これに代えて円形状としてもよいことは勿論
である。円形状の、場合には、角部がないので、角部に
起因するクラックを抑制するに有利であり、補強筒部２
の耐久性を向上しうる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明に係る多孔質セラミックス構
造体によれば、排気系で排出される排気ガスは、フオー
ム型中央部のフオーム状セラミックスの三次元状の孔を
乱流的に流れるので、乱流効果により、凹部に装填され
ているフオーム型中央部にも排気ガスは流れる。従って
、セラミックス構造体が同一体積であれば、排気ガスと
接触できる面積が増加し、これにより排気ガスの浄化性
能やパティキュレート等の微粒子の捕集能力が向上する
。さらには、本発明に係る多孔質セラミックス構造体に
よれば、軽量化にも有利である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はセラミックス
構造体の概略斜視図であり、第２図は一部を破断して示
す側面図であり、第３図は一部を破断して示す他の例の
セラミックス構造体の側面図である。 図中、１はフオーム型中央部、２は補強筒部、３は窓、
４は凹部をそれぞれ示す。 特許出願人　　日本電装株式会社 同　　　　トヨタ自動車株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フォーム状セラミックスで形成されたフォーム型
   中央部と、 前記フォーム型中央部の外周面を覆うように設けられた
   筒状の補強筒部とで構成され、 前記補強筒部は、少なくとも内面側に開口する凹部をも
   ち、前記フォーム型中央部の一部は前記凹部まで装填さ
   れていることを特徴とする多孔質セラミックス構造体。
2. （２）前記凹部は、前記補強筒部の内面と外面とを貫通
   する貫通孔である特許請求の範囲第１項記載の多孔質セ
   ラミックス構造体。