JPH064017Y2 - パティキュレート捕集用フイルタ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する
フィルタ、特にディーゼルエンジンから排出されるパテ
ィキュレートを捕集するフィルタに関する。

（従来の技術） 従来、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレ
ートを捕集するフィルタとしては、捕集効率や耐熱性の
面より、セラミック構造体が一般に使用されている。こ
のセラミック構造体は、ハニカム状またはフォーム状に
形成されたもので、例えばハニカム状セラミック構造体
は第３図と第４図に示すように多孔質のセラミックから
なる隔壁１により多数のセル２を形成し、そのセル２の
両端開口部を交互に栓３で閉塞した構造を有している。
また触媒担持能力を高めるため、前記隔壁１にはγアル
ミナ皮膜４を設けるようにしたものもある。かかるフィ
ルタは、セル２の開口部を上・下流に向けるようにエン
ジンの排気系に取付けられ使用に供されるものとなり、
排気ガスが、第３図に矢印で示すように、隔壁１を通じ
て隣接するセル２内へ流動する間に排気ガス中のパティ
キュレートを捕捉する。

ところで、フィルタは、使用を重ねるに従い、パティキ
ュレートの堆積により背圧が上昇して排気効率が低下す
るため、捕捉したパティキュレートを定期的に焼却し、
再生を行なう必要がある。そして従来、一般にはヒー
タ、バーナー等の加熱手段を用いた外部着火方式により
その再生を行なっていたが、パティキュレートの燃焼に
はかなりの高温が必要なため、その燃焼効率を上げるこ
とが困難で、思うように再生性を高めることができない
という問題があった。

この再生性を改善するため、従来、例えば前記隔壁１に
白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の白金族元素を担持させる
試み（特開昭５５−24597号公報）あるいは銅(Cu)、マ
ンガン(Mn)、バナジウム(V)等の卑金属元素を担持させ
る試み（特開昭58-109136号公報、特開昭58-109139号公
報）、あるいは銅、銀(Ag)等の金属皮膜を設ける試み
（特開昭61-252821号公報）等がなされている。

またフィルタの耐溶損性を向上する手段としては、一般
に熱容量を増加する方法が採用されており、例えばハニ
カムフィルタに於ては、セル板の厚さを標準の0.43mmか
ら0.63mm（共に１００セル／m²）へ増加させたものが市
販されている（コーニング社等）。

また、これら再生性、耐溶損性の両者に効果が大きいも
のとして銅メッキ皮膜次いで銀メッキ皮膜をフィルタ表
面に形成したものが提案されている（特開昭62-98718
号）。

（考案が解決しようとする問題点） 上記したフィルタ材の表面に銅メッキ次いで銀メッキを
施す方法は再生性の改良には有効であり、白金族触媒や
卑金属酸化触媒を担持たものとか、他の金属メッキを施
したものよりも優れているが、良好な触媒効果を有する
Cuは新品時には優れた再生性を示すものの高温雰囲気に
さらされるとフィルタの中に拡散してしまい、再生性が
低下するという問題があった。

また耐溶損性を高めるべくセル板の厚さを増加すると再
生時のフィルタ昇温量は低下する。特に、外部着火手段
を用いた再生システムでは着火性、燃焼伝播性が著しく
悪化し、多量のパティキュレートが付着していないと再
生することができないという欠点がある。

本考案は、上記従来の種々の問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、再生性の低下を来たさ
ない、耐溶損性の優れたフィルタを提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） このため本考案のパティキュレート捕集用フィルタは、
多孔質セラミック構造体にニッケル(Ni)を主成分とした
メッキ層を形成し、その上に銅(Cu)メッキ層を形成した
ことを特徴とする。

本考案においては多孔質セラミック構造体として、ハニ
カム状またはフォーム状に形成されたコーディエライト
やそれに活性アルミナコートを形成させたものが通常選
択されるが、パティキュレートの捕捉能力を有すると共
にNi合金メッキ層担持能力を有するものであればその材
質は限定されない。

上記のNiを主成分としたメッキ層としては、ホウ素
（Ｂ）、リン（Ｐ）等を0.2〜10%含んで成るNi合金メッ
キ層が挙げられる。そしてこのNiを主成分としたメッキ
層はフィルタ容積１あたり10〜20ｇとなるように形成
するのが好ましい。このNiを主成分としたメッキ層上に
形成する銅メッキ層は従来同様フィルタ容積１あたり
20ｇ前後で充分である。以上の２種のメッキ量はメッキ
液の濃度を変えることにより容易に調節することができ
る。

（作用） 以上のように構成されたフィルタにおいて、最上層のCu
メッキ層はフィルタ全体に高熱を伝導し、それ自体着火
性能を向上させる触媒の役割を果たしている。Cuメッキ
層の下に形成されているNi合金メッキ層は熱によるCuの
フィルタ内へ拡散を防ぎ触媒の劣化を抑制する。またフ
ィルタに形成されたメッキ層はフィルタの耐溶損性を向
上する。

（実施例） 以下、実施例により本考案を具体的に説明する。なお下
記の各実施例により製造されるパティキュレート捕集用
フィルタのセル壁は第１図に示すように、フィルタ基材
11上にアルミナコート層12、Ni合金メッキ層13、Cuメッ
キ層14が積層した状態になる。

実施例１ 市販のコーディエライト製ハニカムフィルタ基材（30
mm、長さ50mm）を、平均粒径10μｍの活性アルミナ粉
末、硝酸アルミニウム、アミナゾルおよび蒸溜水から成
るスラリー中に浸漬し、その後ひき上げて余分のスラリ
ーを吹き払った。次いで120℃で３時間乾燥し、700℃で
２時間焼成してフィルタのパティキュレート捕集面にγ
−アルミナコート層を形成した。次にこのフィルタを市
販の無電解ニッケル−ホウ素（２〜５％含有）合金メッ
キ液に浸漬し、Ni−２〜５％Ｂ合金メッキを施した。こ
の時のNi−２〜５％Ｂ合金メッキの量はフィルタ容積１
あたり、約20ｇであった。次に市販の無電解銅メッキ
液に浸漬し、銅メッキを行なった。このとき銅メッキの
量はフィルタ容積１あたり約20ｇであった。

実施例２ ホウ素含有量の異なる無電解ニッケル−ホウ素（0.2〜
0.5％含有）合金メッキ液を代わりに用いる以外は実施
例１と同様にして、フィルタ容積１あたり、約20ｇの
Ni−0.2〜0.5％Ｂ合金メッキと20ｇの銅メッキとを施し
たフィルタを得た。

実施例３ 実施例１と同様のコーディエライト質ハニカムフィルタ
基材を入手し、同じ方法でγ−アルミナコート層を設け
た。

次にこのフィルタを市販の無電解ニッケル−リン合金メ
ッキ液に浸漬し、Ni−９％Ｐ合金メッキを施した。この
ときのNi−９％Ｐ合金メッキの量はフィルタ容積１あ
たり約20ｇであった。次にこのフィルタに実施例１と同
様に銅メッキをフィルタ容積１あたり20ｇメッキし
た。

実施例４ Ni−９％Ｐ合金メッキのメッキ量を変える以外は実施例
３と同様にして種々のフィルタを製造した。即ち、フィ
ルタ容積１あたりNi−９％Ｐ合金メッキ量が1.0gのも
の（Ａ），2.0ｇのもの（Ｂ）、5.0gのもの（Ｃ）、10.
0gのもの（Ｄ）及び25.0gのもの（Ｅ）を製造した。な
おその上に形成された銅メッキ量はいずれもフィルタ容
積１あたり20ｇであることは勿論である。

比較例１ 実施例１〜４と同様のコーディエライトハニカムフィル
タ基材を入手し、同じ方法でγ−アルミナコート層を設
けた。次いで1.5g/の塩化パラジウムの溶液に１時間
浸漬し、引上げた後、水洗、乾燥、焼成し、フィルタ容
積１あたりパラジウム１ｇを担持したフィルタを製造
した。

比較例２ 実施例１〜４と同様のコーディエライト質ハニカムフィ
ルタ基材を入手し、同じ方法でγ−アルミナコート層を
設けた。次いで0.2g/の塩化パラジウムの溶液に３分
間浸漬した後水素化ホウ素ナトリウム(NaBH₄)水溶液で
還元し、フィルタに無電解メッキの核を形成（フィルタ
の活性化）した。それを市販の無電解メッキ液に浸漬
し、銅メッキを施した。次に硝酸銀7.5g/、NH₄OH(28w
t%)6.4ｍ／、Na₂S₂O₂26g/からなる溶液を調製
し、それに上記銅メッキを施したフィルタを浸漬して銀
の置換メッキを行なった。こうして得られたフィルタの
銅メッキ量はフィルタ容積１あたり20ｇであった。

試験例 実施例１〜４及び比較例１，２で得たフィルタの各々
の、 新品のもの、 大気雰囲気にある電気炉中で800℃×3hrの熱処理を施
したもの、 同炉中で1000℃×3hrの熱処理を施したもの、 の３種を排気量2400ccの渦流室式ディーゼルエンジンの
排気系に取り付け（１２本同時に取り付けが可能）回転
数2000rpm、トルク３kg・mの条件下で2.5時間運転して、
フィルタ１個当り、0.65〜0.7ｇのパティキュレートを
付着させた。次に、このフィルタを第３図に示す試験装
置に組み込み、窒素4.5／min、酸素0.5／minのガス
流量下でパティキュレートを燃焼させ、その燃焼率を測
定した。

第３図において、15は、一端にガス流入口16を、他端に
排気口17をそれぞれ設けた反応管で、該反応管15内は、
そのガス流入口16を設けた側の一端部が環状電気炉18で
覆われ、またその内部にヒータ19を設けている。試験
は、この反応管15内に、供試フィルタ10と整流用モノリ
ス担体20とを、前記ヒータ19を挟んで収納し、ガス流入
口16から反応管15内にガスを導入してこれを電気炉18の
熱で予熱し、同時にヒータ19に通電してフィルタ10の端
面を加熱し、パティキュレートを燃焼させるようにす
る。

試験結果を下記表に示す。

該表から判るように、比較例１のフィルタは熱による劣
化は小ないものの新品の性能が悪い。逆に比較例２のフ
ィルタは新品の性能は良好なものの熱による劣化が非常
に大きい。

実施例１〜３の各フィルタを比べると、新品時及び800
℃×３hr処理後については実施例３のNi−Ｐ合金メッキ
＋銅メッキ系のものが最も良い再生性を示す。実施例
１，２と比較例２のフィルタを比べると、実施例１，２
のNi−Ｂ合金メッキ＋銅メッキ系の方が比較例２のCu−
Agメッキに比べ、新品時及び800℃×３hr処理後におい
ては再生性が劣るものの、1000℃×３hr処理後は逆にCu
−Agメッキに比べ良い再生性を示し、また実施例３のＮ
−Ｐ合金メッキと同程度の再生性を示す。このことによ
り、Ni合金メッキ＋銅メッキ触媒は熱による劣化が非常
に小さいといえる。この理由は、これまで熱処理によっ
てフィルタ内へ拡散してしまっていた銅が、Ni合金メッ
キによって拡散を抑制 されるためと思われる。

実施例４の各フィルタ（Ａ〜Ｅ）は、Ni合金メッキの量
による影響について検討するためのものであり、その結
果はNi合金メッキの量が１，２及び５ｇ／フィルタ１
では、該メッキの効果がよく現われず、また25ｇ／フィ
ルタ１では20ｇ／フィルタ１と性能差がなかったた
め、Ni合金メッキ量は10〜20ｇ／フィルタ１程度が適
当と思われる。

（考案の効果） 本考案のパティキュレート捕集フィルタは、フィルタ構
造体にニッケルを主成分としたメッキ層を形成し、その
上に銅メッキ層を形成したものであるため、高温雰囲気
下となっても銅がフィルタ内へ拡散しないフィルタとな
った。即ち、高熱伝導性で着火性能の良い銅がフィルタ
のパティキュレート捕集表面に保たれていることで高温
使用によっても再生性の低下しないフィルタとなった。

また上記のように二層のメッキ層が形成されていること
で耐溶損性にも優れたフィルタとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るパティキュレート捕集用フィルタ
の要部構造を示す断面図、 第２図はフィルタの燃焼試験装置を示す断面図、 第３図はハニカム状セラミック構造体の断面図、そして 第４図はそのＡ部詳細図である。 図中： 11……フィルタ基材 12……アルミナコート層 13……ニッケル合金メッキ層 14……銅メッキ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 笠原 光一 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 キャタ ラー工業株式会社内 (72)考案者 山田 幸村 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 キャタ ラー工業株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】多孔質セラミック構造体にニッケルを主成
   分としたメッキ層を形成し、その上に銅メッキ層を形成
   したことを特徴とするパティキュレート捕集用フィル
   タ。
2. 【請求項２】ニッケルを主成分としたメッキ層をフィル
   タ容積１ｌあたり10〜20ｇ形成したことを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第１項記載のフィルタ。