JPH078727A - ディーゼルエンジン排気用捕集材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力損失が低く、捕集効率の高いディーゼル
エンジン排気用微粒子捕集材を提供する。 【構成】 微細孔を有する中空骨格からなる三次元多孔
質構造体を用いたディーゼルエンジン排気用捕集材及び
基体多孔質構造体の骨格表面の微細孔を形成する部分を
非導電性としたのち、電気メッキすることを特徴とする
ディーゼルエンジン排気用捕集材の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微細孔のある中空骨格か
らなる新規な三次元多孔質構造のディーゼルエンジン排
気用捕集材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】自動車の排気ガスは大気汚染の大きな原因
の一つで、排気ガスに含まれる有害成分を除去する技術
は極めて重要である。特にディーゼルエンジン車におい
ては、主にＮＯｘとカーボンを主体とするすす状微粒子
（パーティキュレート）の除去が重要な課題である。こ
れらの有害成分を除去するために、過給を行なったり燃
料噴射系の改善や燃焼室形状の改善を行なったり、エン
ジン側の努力も行なわれているが、抜本的な決め手がな
く、後処理による除去が不可欠である。

【０００３】排気ガス有害成分中、微粒子は固体カーボ
ンと有機溶媒に溶解する可溶性有機物からなり、フィル
タートラップによって捕集除去する方法が最も実用的で
あると考えられている。このフィルタートラップの捕集
材としては、使用される条件から次のような性能を満足
する必要がある。第１には、必要とされる排気ガスの清
浄度を満足させ得るだけの微粒子に対する捕集効率をも
っていることが必要である。第２には、エンジン排気は
このトラップを通して排出されるわけだから、エンジン
に過度な背圧をかけないためには、排気ガス流動時の通
気圧力損失が小さい必要がある。初期圧力損失が小さい
ことはもちろん、微粒子がトラップされても圧力損失が
上がりにくいことが要求される。第３には、微粒子があ
る程度以上捕集堆積されると排気ガス通過時の圧力損失
が大きくなり、エンジンに背圧がかかるようになるため
トラップされた微粒子を除去して再生して捕集能を回復
してやる必要がある。この再生処理の方法としては電熱
またはバーナー加熱によって微粒子を燃焼除去する方法
が最も有力な方法だと考えられている。したがって、捕
集材はこの再生処理に耐える必要がある。

【０００４】現在、捕集材としては排気ガスに対する耐
食性、耐熱性、捕集材性能及び再生に対する耐久性の面
からコージエライトセラミックスのハニカム状多孔体が
最も実用化に近い材料と言われている。しかしながら、
コージエライトセラミックスを捕集材として用いた場
合、再生時には微粒子の燃焼によって捕集材に局所的な
温度分布が生じやすく、熱応力によって亀裂を生じるの
を防ぐためには、再生条件のコントロールが極めて難し
いという問題点がある。これらの問題点を解決するため
に耐熱合金からなる三次元網状構造多孔体を捕集材とし
て用いることが提案されている（特開平４−８６３１３
号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この耐
熱合金からなる三次元網状構造多孔体の性能をさらに向
上することが望まれている。本発明は多孔体の中空骨格
に微細孔を形成した新規な微構造を付与することによ
り、これらの問題点を解決することができることを見い
出し完成したものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、微
細孔を有する中空骨格からなる三次元多孔質構造体を用
いることを特徴とするディーゼルエンジン排気用捕集材
であり、また、基体多孔質構造体の骨格表面の微細孔を
形成する部分を非導電性としたのち、電気メッキするこ
とを特徴とするディーゼルエンジン排気用捕集材の製造
方法である。さらに、三次元多孔質構造体が耐熱合金で
あることを特徴とするディーゼルエンジン排気用捕集材
である。

【０００７】以下、本発明のディーゼルエンジン排気用
捕集材について説明する。図１は、本発明のディーゼル
エンジン排気用捕集材を構成する三次元多孔質構造体の
中空骨格同士が交差した部分を模式的に表した図であ
る。中空骨格１に微細孔２を有しており、骨格の内部に
は連続した中空部分３が存在し、これは微細孔２を介し
て外部と連通している。

【０００８】図２は、本発明のディーゼルエンジン排気
用捕集材が三次元網状構造である場合の外観を示すもの
である。微細孔２のある中空骨格１で囲まれた間隙部分
５が存在する。

【０００９】本発明のディーゼルエンジン排気用捕集材
の中空骨格をなす材質としては耐熱合金が好ましい。特
にニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金、
鉄−クロムーアルミニウム合金或いはこれらの合金にア
ルミニウム、イットリウム、セリウムのような稀土類元
素を微量添加した合金が好ましい。さらにこれらの合金
にゾルゲル法などにより耐熱性のセラミックス層を被覆
したものも好ましい。これらの材質は耐熱性、高温耐腐
食性に優れている。

【００１０】三次元多孔質構造体の骨格に囲まれた間隙
の大きさは、小さいほど捕集効率が増大するが圧力損失
も増大し、大きいほど圧力損失は低減するが捕集効率が
低下する。したがって、骨格に囲まれた間隙の大きさ
は、捕集効率の増大と圧力損失の低減のバランスから適
宜選択されるが、０．１〜０．５ｍｍ程度の範囲が好ま
しい。

【００１１】骨格の微細孔の大きさは、捕集効率の向上
から数μｍ〜数十μｍが好ましいが、骨格の太さも考慮
して選択される。微細孔が骨格の太さに近い大きさの場
合には、強度の低下を生ずる場合があり好ましくない。
また、微細孔の形状は、色々な形が可能であるが強度の
点から円形や楕円形等の丸みをもった形状が好ましい。

【００１２】本発明のディーゼルエンジン排気用捕集材
を製造する方法としては、基体多孔質構造体の骨格表面
の微細孔を形成する部分を非導電性としたのち、電気メ
ッキする方法が適用される。用途によっては電気メッキ
後さらに基体多孔質構造体を除去することも適用され
る。以下、本発明の三次元多孔質構造体のうち三次元網
状構造或いは布帛状構造を例にとって説明するが、これ
らは本発明のディーゼルエンジン排気用捕集材を製造す
る一例であって、これによって制限されるものではな
い。

【００１３】本発明で用いる三次元網状構造の基体多孔
質構造体としては、合成樹脂発泡体が好適に用いられ
る。その具体例としては、ポリウレタンフォーム、ポリ
スチレンフォーム、エポキシフォーム、ポリ塩化ビニル
フォーム、フェノール樹脂フォーム、シリコンフォー
ム、ポリアクリルフォーム等の三次元連通気孔を有する
合成樹脂発泡体が好ましい。このうちウレタンフォーム
が好ましく特にセル膜のない軟質ポリウレタンフォーム
が好ましい。セル膜のない軟質ポリウレタンフォームの
製法としては、発泡時のコントロールによりセル膜をな
くしたもの、或いはアルカリ処理、熱処理、水圧処理等
によりセル膜を除去する方法があるが、特にアルカリ処
理、熱処理による方法がセル膜除去の完全さの点で好ま
しい。また、軟質ウレタンフォームの気泡の大きさはデ
ィーゼルエンジン排気用捕集材の使用目的によって異な
り特に限定されない。

【００１４】本発明に用いる基体多孔質構造体が布帛状
構造の場合について説明する。布帛とは、不織布、織物
または編物の形状に大別される。不織布は、繊維集積
体、フェルト、マット、ペーパーなどであり、織物は二
次元と三次元の織物、編物、シートなどの形状をした基
体を用いる。この布帛状構造の基体多孔質構造体を構成
する繊維としては、導電性或いは非導電性繊維が挙げら
れる。

【００１５】導電性の繊維としては、導電性カーボン繊
維及びグラファイト繊維など電気メッキ後の除去が容易
な材質の繊維が好適に用いられる。カーボン繊維は導電
性の低いものから導電性の高いグラファイト化率の大き
なものまで使用することができるが導電性の高いものの
方が電気メッキ工程でメッキを均一に行ないやすく好ま
しい。

【００１６】非導電性の繊維基体を構成する繊維として
は、例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ
スチレン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコー
ル、セルロース、リグニン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
ブタジエン、ポリアセチレン、ナイロン、アクリル、ポ
リウレタン、エポキシ、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニ
ル等からなる各種合成繊維、或いは各種天然繊維などの
有機繊維が電気メッキ後の除去が容易であり好適に用い
られる。

【００１７】不織布の製造方法としては、一般的な製法
が適用され特に限定されないが、例えば、２〜１０ｃｍ
の繊維長を紡織カードで開繊するか、繊維を空気流でラ
ンダムに集積する方法の乾式不織布製造方法、または１
ｃｍ以下の繊維を水中に分散後、網ですく方式の湿式不
織布製造方法、または溶融された樹脂を紡糸し直接ラン
ダムに支持体に吹き付ける方式のスパンボンド製造方法
などのいずれの製造方法によってもよい。本発明に用い
る繊維織物の製造方法は一般に二次元或いは三次元の織
物を製造する方法が適用可能で特に限定されない。

【００１８】これらの基体多孔質構造体の骨格表面の微
細孔を形成する部分を非導電性としたのち、電気メッキ
する。この際、基体が非導電性の場合は導電処理する際
に骨格表面の微細孔を形成する部分を非導電性とする操
作を行なう。さらに必要に応じて電気メッキ後基体を除
去する。導電性カーボンなどからなる導電性の基体多孔
質構造体を用いる場合について以下に説明する。この場
合には骨格表面に導電処理せずにそのままの微細孔を形
成する部分を非導電性とする方法を適用できる。もちろ
ん、導電性がある場合でも導電処理を行なってもよい。

【００１９】骨格表面の微細孔を形成する部分に非導電
性部分を形成する方法は、特に限定されないが、非導電
性物質を微細孔を形成する部分に斑点状に付着する方法
が好適に適用できる。付着させる非導電性物質としては
電気メッキ処理後、分解除去しやすいものが好ましく、
合成樹脂などの有機物が好ましい。また、使用条件によ
っても異なるが金属不純物等を含まないものが好ましい
場合もある。また、非導電性部分の形態は形成したい微
細孔の形状とも関係するが、得られるディーゼルエンジ
ン排気用捕集材の強度の点を考慮すると球状など丸みを
もった形態が好ましい。したがって非導電性物質の形態
は粒子形態のものが好ましい。

【００２０】粒子形態の非導電性物質としては各種合成
樹脂ビーズ、各種ラテックス粒子、各種エマルジョン粒
子などが挙げられる。実際にはエマルジョン粒子などは
凝集して粒子形態から種々の形状をした膜状になって骨
格表面に斑点状に付着する場合もあり、粒子形態を保持
したままで球状に近い形で骨格表面に付着する場合以外
に膜状や半球状など種々の形状で骨格表面に付着する。
何れの場合も斑点状、すなわち非導電性部分が広範囲に
わたる連結部分を形成せずに非導電性部分を形成させる
ことが望ましい。また、非導電性粒子の形状及び大きさ
は、用途によって決まる微細孔の形状及び大きさによっ
て適宜選択される。

【００２１】非導電性部分を形成する具体的方法として
は、前記した各種非導電性物質を含む液に基体多孔質構
造体を浸漬して骨格表面に付着させる方法がある。例え
ば合成樹脂ビーズの分散液に基体多孔質構造体を浸漬さ
せる方法である。この際、合成樹脂ビーズの分散液に骨
格表面への付着を助ける粘着剤成分や分散剤などの添加
物を適宜加えることが好ましい。非導電性物質の性質、
特に表面の性質と骨格表面の性質の相互関係によって骨
格表面への付着の状態が異なるので表面の改質などの手
法で非導電性物質或いは骨格の表面の性質を調整する必
要がある場合がある。

【００２２】分散液中の非導電性物質の種類及び量や添
加物の種類及び量を調整することにより、骨格表面に形
成する斑点状の非導電性部分の形状、大きさ及び骨格表
面に占める割合を適宜調整することができる。また、基
体多孔質構造体の形状が単純な場合には非導電性物質を
含む液を噴霧して液滴を骨格表面に付着させる方法など
も適用可能である。

【００２３】次に有機物などの非導電性の基体多孔質構
造体を用いる場合について以下に説明する。この場合に
は、導電処理する際に骨格表面の微細孔を形成する部分
を非導電性とする必要がある。導電処理の方法の具体例
としては、カーボン、グラファイトや金属などの導電性
物質の粉末を分散して調製した導電性ペーストで皮膜を
形成する方法や無電解メッキや銀鏡反応などの金属塩溶
液の還元反応を利用した化学的方法などが挙げられる。
本発明ではこの導電処理する際に微細孔を形成する部分
を斑点状に非導電性部分を形成する。その手順としては
非導電性骨格表面に導電処理を行なったのち、斑点状に
非導電性物質を付着することにより非導電性部分を形成
する方法と導電処理と同時に非導電性部分を導入する方
法がある。

【００２４】具体的には、導電性ペースト中に非導電性
物質の粒子などを分散したものを用いて導電処理皮膜を
形成すると同時に非導電性物質を骨格表面に付着させて
非導電性部分を形成する方法などが挙げられる。この
際、非導電性物質の形状、大きさ及びペースト中の量を
用途に応じて適宜調整する。また、非導電性物質の表面
に導電性物質が被覆しないように表面改質或いは導電皮
膜の厚みよりも大きな非導電性物質を用いるなどの点に
留意する必要がある。

【００２５】電気メッキは通常の方法が適用される。電
気メッキにより形成する金属層の厚みは捕集材の使用条
件用途によって異なるが数μｍ〜数１００μｍである。
また、電気メッキする際にメッキ組成を順次変えること
などにより多種類の金属からなる多層構造を形成するこ
とも可能である。また、電気メッキ後に基体多孔質構造
体及び、または非導電性部分を除去する場合の方法とし
ては、熱分解、溶剤による溶解或いは溶融などの方法が
適用可能である。

【００２６】

【作用】本発明の捕集材の骨格部分には微細孔が存在す
るので排気ガスが通り抜ける際に慣性力や重力により微
粒子が骨格に衝突、付着する過程が促進され捕集効率が
高いものと考えられる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。 ［実施例］三次元網状構造の基体多孔質構造体として、
骨格に囲まれた間隙の大きさ約０．３ｍｍのセル膜のな
い軟質ポリウレタンフォームに無電解ニッケルメッキに
より骨格表面に導電処理を施した。これにポリスチレン
樹脂粒子（粒径４〜５μｍ）及び有機系添加剤を加えた
分散液に浸漬したのち乾燥した。これに順次、電気メッ
キによりニッケル−クロム−鉄系金属膜（組成ニッケル
４２〜４８％、クロム２５〜３１％、鉄２４〜３０％）
を形成し三次元網状構造の多孔質構造体を得た。得られ
た多孔質構造体を空気中で温度約６００℃で熱処理し基
体樹脂部分を熱分解除去し捕集材を得た。得られた捕集
材を電子顕微鏡により観察したところ、骨格部分には４
〜５μｍ程度の微細孔が存在し、その微細孔の存在量は
骨格表面全体の約１５％の面積であった。また、基体の
ポリウレタン樹脂が分解除去され中空骨格となり、骨格
部分の微細孔を通して中空骨格の外部と内部とが連通し
ていることが確認された。

【００２８】この捕集材の性能を評価するためにディー
ゼルエンジンの排気ガスを用いて微粒子低減効果を測定
した結果、圧力損失０．０１kg／cm2 で捕集効率９５．
４％であった。また、再生時の耐久性について評価する
ため微粒子を捕集した捕集材を空気中、７００℃で熱処
理したが、溶融、亀裂や極度の酸化腐食は観察されなか
った。

【００２９】［比較例］実施例においてポリエチレン樹
脂粒子の分散液による処理を行なわなかった以外、実施
例同様に行なった。骨格に微細孔のない三次元網状構造
の多孔質構造体を得た。これを実施例と同様の排気ガス
捕集試験を実施したところ、圧力損失は０．０１kg／cm
2 と実施例と同様であったが捕集効率は８９．３％と実
施例に比較して低いことが判明した。また、再生時の耐
久性については実施例と同様の好結果を得た。

【００３０】

【発明の効果】本発明のディーゼルエンジン排気用捕集
材は、中空骨格に微細孔を有する三次元多孔質構造体で
あるので、捕集効率が高く圧力損失も小さいという効果
を発揮する。また、本発明の方法によれば生産性高く本
発明のディーゼルエンジン排気用捕集材を製造すること
ができる。

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディーゼルエンジン排気用捕集材の中
空骨格同士が交差した部分の断面斜視図である。

【図２】本発明のディーゼルエンジン排気用捕集材が三
次元網状構造である場合の代表的構造を示す部分拡大図
である。

【符号の説明】

１ 骨格 ２ 微細孔 ３ 中空部分 ４ 交差部分 ５ 骨格に囲まれた間隙部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微細孔を有する中空骨格からなる三次元
   多孔質構造体を用いることを特徴とするディーゼルエン
   ジン排気用捕集材。
2. 【請求項２】 基体多孔質構造体の骨格表面の微細孔を
   形成する部分を非導電性としたのち、電気メッキするこ
   とを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン排気
   用捕集材の製造方法。
3. 【請求項３】 三次元多孔質構造体が耐熱合金であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン排気
   用捕集材。